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番外 · 题谱 · 2009 · P12

2009 Putnam B6

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/2009.pdf。

Putnam 2009 B6 number-theory

Prove that for every positive integer nn, there is a sequence of integers

a0,a1,,a2009a_0, a_1, \dots, a_{2009} with a0=0a_0 = 0 and a2009=na_{2009} = n such that each term

after a0a_0 is either an earlier term plus 2k2^k for some nonnegative integer kk,

or of the form bmodcb\,\mathrm{mod}\,c for some earlier positive terms bb and cc.

[Here bmodcb\,\mathrm{mod}\,c denotes the remainder when bb is divided by cc,

so 0(bmodc)<c0 \leq (b\,\mathrm{mod}\,c) < c.]

证明对于每个正整数 nn,都存在一个整数序列

a0,a1,,a2009a_0, a_1, \dots, a_{2009} 其中 a0=0a_0 = 0a2009=na_{2009} = n 使得每一项

a0a_0 之后是一个较早的术语加上 2k2^k(对于某些非负整数 kk),

或者对于一些早期的正项 bbcc,采用 bmodcb\,\mathrm{mod}\,c 的形式。

[这里bmodcb\,\mathrm{mod}\,c表示bb除以cc的余数,

所以 0(bmodc)<c0 \leq (b\,\mathrm{mod}\,c) < c.]

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。2009 年 Putnam B6 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?