灯下 登录
番外 · 题谱 · 2020 · P10

2020 Putnam B4

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/2020.pdf。

Putnam 2020 B4 number-theory

Let nn be a positive integer, and let VnV_n be the set of integer (2n+1)(2n+1)-tuples v=(s0,s1,,s2n1,s2n)\mathbf{v} = (s_0, s_1, \cdots, s_{2n-1}, s_{2n}) for which s0=s2n=0s_0 = s_{2n} = 0 and sjsj1=1|s_j - s_{j-1}| = 1 for j=1,2,,2nj=1,2,\cdots,2n. Define

$$

q(\mathbf{v}) = 1 + \sum_{j=1}^{2n-1} 3^{s_j},

$$

and let M(n)M(n) be the average of 1q(v)\frac{1}{q(\mathbf{v})} over all vVn\mathbf{v} \in V_n. Evaluate M(2020)M(2020).

nn为正整数,并令VnV_n为整数(2n+1)(2n+1)元组的集合v=(s0,s1,,s2n1,s2n)\mathbf{v} = (s_0, s_1, \cdots, s_{2n-1}, s_{2n}),其中s0=s2n=0s_0 = s_{2n} = 0sjsj1=1|s_j - s_{j-1}| = 1 对于 j=1,2,,2nj=1,2,\cdots,2n。定义

$$

q(\mathbf{v}) = 1 + \sum_{j=1}^{2n-1} 3^{s_j},

$$

M(n)M(n)1q(v)\frac{1}{q(\mathbf{v})} 对所有 vVn\mathbf{v} \in V_n 的平均值。评估 M(2020)M(2020)

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。2020 年 Putnam B4 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?