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番外 · 题谱 · 2008 · P11

2008 Putnam B5

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/2008.pdf。

Putnam 2008 B5 number-theory

Find all continuously differentiable functions f:RRf: \mathbb{R} \to \mathbb{R}

such that for every rational number qq, the number f(q)f(q) is rational

and has the same denominator as qq. (The denominator of a rational number

qq is the unique positive integer bb such that q=a/bq = a/b

for some integer aa with gcd(a,b)=1\mathrm{gcd}(a,b) = 1.)

(Note: gcd means greatest common

divisor.)

查找所有连续可微函数 f:RRf: \mathbb{R} \to \mathbb{R}

这样对于每个有理数 qq,数字 f(q)f(q) 都是有理数

并且与 qq 具有相同的分母。 (有理数的分母

qq 是唯一正整数 bb,使得 q=a/bq = a/b

对于某个整数 aagcd(a,b)=1\mathrm{gcd}(a,b) = 1。)

(注:gcd 表示最大常见

除数。)

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。2008 年 Putnam B5 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?