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番外 · 题谱 · 1994 · P6

1994 Putnam A6

数论 · P3/P6 · 压轴题

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。

Putnam 1994 A6 number-theory

Let f1,,f10f_1, \dots, f_{10} be bijections of the set of integers such that for

each integer nn, 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 nn. Consider the set of 1024 functions

$$

\mathcal{F} = \{f_1^{e_1} \circ f_2^{e_2} \circ \cdots \circ f_{10}^{e_{10}}\},

$$

ei=0e_i = 0 or 1 for 1i101 \leq i \leq 10. (fi0f_i^0 is the identity function

and fi1=fif_i^1 = f_i.) Show that if AA is any nonempty finite set of

integers, then at most 512 of the functions in F\mathcal{F} map AA to

itself.

f1,,f10f_1, \dots, f_{10} 为整数集的双射,使得对于

每个整数nn,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 nn。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}}\},

$$

ei=0e_i = 0 或 1 表示 1i101 \leq i \leq 10。 (fi0f_i^0 是恒等函数

fi1=fif_i^1 = f_i。)证明如果 AA 是任意非空有限集

整数,则 F\mathcal{F} 中最多有 512 个函数将 AA 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?