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番外 · 题谱 · 2020 · P32

2020 IMO Shortlist N7

数论 · 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 N7 number-theory

Let S\mathcal{S} be a set consisting of n3n \geq 3 positive integers, none of which is a sum of two other distinct members of S\mathcal{S}. Prove that the elements of S\mathcal{S} may be ordered as a1,a2,,ana_{1}, a_{2}, \ldots, a_{n} so that aia_{i} does not divide ai1+ai+1a_{i-1}+a_{i+1} for all i=2,3,,n1i=2,3, \ldots, n-1. (Ukraine)

S\mathcal{S} 为由 n3n \geq 3 个正整数组成的集合,其中没有一个是 S\mathcal{S} 中其他两个不同成员的和。证明 S\mathcal{S} 的元素可以按 a1,a2,,ana_{1}, a_{2}, \ldots, a_{n} 排序,使得对于所有 i=2,3,,n1i=2,3, \ldots, n-1aia_{i} 不能整除 ai1+ai+1a_{i-1}+a_{i+1}。 (乌克兰)

提示 1

先看同余、整除、最大公因数和 p 进赋值。

提示 2

把整数条件转成同余方程、指数比较或下降过程。

提示 3

若要存在性,用构造;若要唯一性,用最小反例、无限下降或模限制。

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 N7 可先归入数论: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?