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番外 · 题谱 · 2024 · P29

2024 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。 PDF:https://www.imo-official.org/problems/IMO2024SL.pdf。

IMO Shortlist 2024 N5 number-theory

Let SS be a finite nonempty set of prime numbers. Let 1=b1<b2<1=b_1<b_2<\cdots be the sequence of all positive integers whose prime divisors all belong to SS. Prove that, for all but finitely many positive integers nn, there exist positive integers a1,a2,,ana_1,a_2,\ldots,a_n such that

$$

\frac{a_1}{b_1}+\frac{a_2}{b_2}+\cdots+\frac{a_n}{b_n}

=

\left\lceil\frac1{b_1}+\frac1{b_2}+\cdots+\frac1{b_n}\right\rceil.

$$

SS 为有限非空素数集。令 1=b1<b2<1=b_1<b_2<\cdots 为所有素因数均属于 SS 的正整数按从小到大排列得到的数列。证明除有限多个正整数 nn 外,都存在正整数 a1,a2,,ana_1,a_2,\ldots,a_n,使得

$$

\frac{a_1}{b_1}+\frac{a_2}{b_2}+\cdots+\frac{a_n}{b_n}

=

\left\lceil\frac1{b_1}+\frac1{b_2}+\cdots+\frac1{b_n}\right\rceil。

$$

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。2024 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?