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番外 · 题谱 · 2023 · P27

2023 IMO Shortlist N5

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 2023 N5 number-theory

Let a1<a2<a3<a_{1}<a_{2}<a_{3}<\cdots be positive integers such that ak+1a_{k+1} divides 2(a1+a2++ak)2\left(a_{1}+a_{2}+\cdots+a_{k}\right) for every k1k \geq 1. Suppose that for infinitely many primes pp, there exists kk such that pp divides aka_{k}. Prove that for every positive integer nn, there exists kk such that nn divides aka_{k}. (Netherlands)

a1<a2<a3<a_{1}<a_{2}<a_{3}<\cdots 为正整数,使得 ak+1a_{k+1} 可以除以 2(a1+a2++ak)2\left(a_{1}+a_{2}+\cdots+a_{k}\right),每 k1k \geq 1。假设对于无穷多个素数pp,存在kk使得pp整除aka_{k}。证明对于每个正整数 nn,都存在 kk 使得 nn 除以 aka_{k}。 (荷兰)

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。2023 年 IMO Shortlist N5 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?