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番外 · 题谱 · 2003 · P8

2003 Putnam B2

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/2003.pdf。

Putnam 2003 B2 number-theory

Let nn be a positive integer. Starting with the sequence

1,12,13,,1n1, \frac{1}{2}, \frac{1}{3}, \dots, \frac{1}{n},

form a new sequence of n1n-1 entries

34,512,,2n12n(n1)\frac{3}{4}, \frac{5}{12}, \dots, \frac{2n-1}{2n(n-1)}

by taking the averages of

two consecutive entries in the first sequence. Repeat the

averaging of neighbors on the second sequence to obtain a third

sequence of n2n-2 entries, and continue until the final sequence produced

consists of a single number xnx_n. Show that xn<2/nx_n < 2/n.

nn 为正整数。从顺序开始

1,12,13,,1n1, \frac{1}{2}, \frac{1}{3}, \dots, \frac{1}{n},

形成 n1n-1 条目的新序列

345122n12n(n1)\frac{3}{4}、\frac{5}{12}、\dots、\frac{2n-1}{2n(n-1)}

通过取平均值

第一个序列中的两个连续条目。重复

averaging of neighbors on the second sequence to obtain a third

n2n-2 条目的序列,并继续直到生成最终序列

由单个数字 xnx_n 组成。表明 xn<2/nx_n < 2/n

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。2003 年 Putnam B2 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?