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番外 · 题谱 · 1972 · P1

1972 USAMO 第 1 题

数论 · P1/P4 · 起手题

题面据 USAMO 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。

USAMO 1972 P1 number-theory

The symbols (a,b,,g)(a,b,\ldots,g) and [a,b,,g][a,b,\ldots, g] denote the greatest common divisor and least common multiple, respectively, of the positive integers a,b,,ga,b,\ldots, g. For example, (3,6,18)=3(3,6,18)=3 and [6,15]=30[6,15]=30. Prove that

[a,b,c]2[a,b][b,c][c,a]=(a,b,c)2(a,b)(b,c)(c,a)\frac{[a,b,c]^2}{[a,b][b,c][c,a]}=\frac{(a,b,c)^2}{(a,b)(b,c)(c,a)}

.

符号(a,b,,g)(a,b,\ldots,g)[a,b,,g][a,b,\ldots, g]分别表示正整数a,b,,ga,b,\ldots, g的最大公约数和最小公倍数。例如,(3,6,18)=3(3,6,18)=3[6,15]=30[6,15]=30。证明

[a,b,c]2[a,b][b,c][c,a]=(a,b,c)2(a,b)(b,c)(c,a)\frac{[a,b,c]^2}{[a,b][b,c][c,a]}=\frac{(a,b,c)^2}{(a,b)(b,c)(c,a)}

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。1972 年 USAMO P1 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?