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番外 · 题谱 · 2022 · P4

2022 Putnam A4

数论 · P1/P4 · 起手题

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/2022.pdf。

Putnam 2022 A4 number-theory

Suppose that X1,X2,X_1, X_2, \dots are real numbers between 0 and 1 that are chosen independently and uniformly at random. Let S=i=1kXi/2iS = \sum_{i=1}^k X_i/2^i, where kk is the least positive integer such that Xk<Xk+1X_k < X_{k+1}, or k=k = \infty if there is no such integer. Find the expected value of SS.

假设 X1,X2,X_1, X_2, \dots 是独立且均匀随机选择的 0 到 1 之间的实数。设 S=i=1kXi/2iS = \sum_{i=1}^k X_i/2^i,其中 kk 是满足 Xk<Xk+1X_k < X_{k+1} 的最小正整数,如果不存在这样的整数,则 k=k = \infty。求 SS 的期望值。

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。2022 年 Putnam A4 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?