题面据 Putnam 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://kskedlaya.org/putnam-archive/1994.pdf。
Let be bijections of the set of integers such that for
each integer , there is some composition $f_{i_1} \circ f_{i_2}
\circ \cdots \circ f_{i_m}$ of these functions (allowing repetitions)
which maps 0 to . Consider the set of 1024 functions
$$
\mathcal{F} = \{f_1^{e_1} \circ f_2^{e_2} \circ \cdots \circ f_{10}^{e_{10}}\},
$$
or 1 for . ( is the identity function
and .) Show that if is any nonempty finite set of
integers, then at most 512 of the functions in map to
itself.
令 为整数集的双射,使得对于
每个整数,都有一些组合$f_{i_1} \circ f_{i_2}
\circ \cdots \circ f_{i_m}$ 这些函数(允许重复)
它将 0 映射到 。考虑 1024 个函数的集合
$$
\mathcal{F} = \{f_1^{e_1} \circ f_2^{e_2} \circ \cdots \circ f_{10}^{e_{10}}\},
$$
或 1 表示 。 ( 是恒等函数
且 。)证明如果 是任意非空有限集
整数,则 中最多有 512 个函数将 映射到
本身。
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。1994 年 Putnam A6 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?