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番外 · 题谱 · 2023 · P10

2023 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/2023.pdf。

Putnam 2023 B4 number-theory

For a nonnegative integer nn and a strictly increasing sequence of real numbers t0,t1,,tnt_0,t_1,\dots,t_n, let f(t)f(t) be the corresponding real-valued function defined for tt0t \geq t_0 by the following properties:

(a) f(t)f(t) is continuous for tt0t \geq t_0, and is twice differentiable for all t>t0t>t_0 other than t1,,tnt_1,\dots,t_n;

(b) f(t0)=1/2f(t_0) = 1/2;

(c) limttk+f(t)=0\lim_{t \to t_k^+} f'(t) = 0 for 0kn0 \leq k \leq n;

(d) For 0kn10 \leq k \leq n-1, we have f(t)=k+1f''(t) = k+1 when tk<t<tk+1t_k < t< t_{k+1}, and f(t)=n+1f''(t) = n+1 when t>tnt>t_n.

Considering all choices of nn and t0,t1,,tnt_0,t_1,\dots,t_n such that tktk1+1t_k \geq t_{k-1}+1 for 1kn1 \leq k \leq n, what is the least possible value of TT for which f(t0+T)=2023f(t_0+T) = 2023?

对于非负整数 nn 和严格递增的实数序列 t0,t1,,tnt_0,t_1,\dots,t_n,令 f(t)f(t) 为通过以下属性为 tt0t \geq t_0 定义的相应实值函数:

(a) f(t)f(t) 对于 tt0t \geq t_0 是连续的,并且对于除 t1,,tnt_1,\dots,t_n 之外的所有 t>t0t>t_0 是两次可微的;

(b) f(t0)=1/2f(t_0) = 1/2

(c) limttk+f(t)=0\lim_{t \to t_k^+} f'(t) = 0 对于 0kn0 \leq k \leq n

(d) 对于 0kn10 \leq k \leq n-1,当 tk<t<tk+1t_k < t< t_{k+1} 时,我们有 f(t)=k+1f''(t) = k+1,当 t>tnt>t_n 时,f(t)=n+1f''(t) = n+1

考虑 nnt0,t1,,tnt_0,t_1,\dots,t_n 的所有选择,使得 1kn1 \leq k \leq ntktk1+1t_k \geq t_{k-1}+1 ,当 f(t0+T)=2023f(t_0+T) = 2023 时,TT 的最小可能值是多少?

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。2023 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?