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番外 · 题谱 · 2020 · P6

2020 IMO Shortlist A6

代数 · P3/P6 · 压轴题

题面据 IMO Shortlist 可核档案整理;中文题意为本站自译,公式请以原始来源为准。

IMO Shortlist 2020 A6 algebra

Determine all functions f:ZZf: \mathbb{Z} \rightarrow \mathbb{Z} such that fa2+b2(a+b)=af(a)+bf(b) for every a,bZf^{a^{2}+b^{2}}(a+b)=a f(a)+b f(b) \quad \text { for every } a, b \in \mathbb{Z} Here, fnf^{n} denotes the nth n^{\text {th }} iteration of ff, i.e., f0(x)=xf^{0}(x)=x and fn+1(x)=f(fn(x))f^{n+1}(x)=f\left(f^{n}(x)\right) for all n0n \geq 0.

确定所有函数 f:ZZf: \mathbb{Z} \rightarrow \mathbb{Z} 使得 fa2+b2(a+b)=af(a)+bf(b) for every a,bZf^{a^{2}+b^{2}}(a+b)=a f(a)+b f(b) \quad \text { for every } a, b \in \mathbb{Z} 这里,fnf^{n} 表示 ffnth n^{\text {th }} 迭代,即,f0(x)=xf^{0}(x)=xfn+1(x)=f(fn(x))f^{n+1}(x)=f\left(f^{n}(x)\right) 对于所有 n0n \geq 0

提示 1

先把题面里的关系改写成一个干净的代数对象。

提示 2

寻找不变量、对称式或一个可以降次数的替换。

提示 3

最后用判别式、因式分解、单调性或构造把所有可能排完。

完整解答

这页先给题面、题型和提示阶梯,完整证明留给读者逐步展开。2020 年 IMO Shortlist A6 可先归入代数:第一步把题设翻成对象、条件、目标三行;第二步沿提示寻找不变量、标准构型或关键变形;第三步补齐边界情形,并回到题目原要求核对。

这题适合先独立想一轮再打开提示。不要急着搜索完整解答,先问自己:题面里最硬的限制是哪一句?