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番外 · 题谱 · 2025 · P1

2025 Putnam A1

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/2025.pdf。

Putnam 2025 A1 number-theory

Let m0m_0 and n0n_0 be distinct positive integers. For every positive integer kk,

define mkm_k and nkn_k to be the relatively prime positive integers such that

$$

\frac{m_k}{n_k} = \frac{2m_{k-1} + 1}{2n_{k-1}+1}.

$$

Prove that 2mk+12m_k+1 and 2nk+12n_k+1 are relatively prime for all but finitely many positive integers kk.

m0m_0n0n_0 为不同的正整数。对于每个正整数 kk

mkm_knkn_k 定义为互素正整数,使得

$$

\frac{m_k}{n_k} = \frac{2m_{k-1} + 1}{2n_{k-1}+1}。

$$

证明 2mk+12m_k+12nk+12n_k+1 对于除有限多个正整数 kk 之外的所有正整数而言都是互质的。

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。2025 年 Putnam A1 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?