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。
For each positive integer , let
\begin{aligned} S_n &= 1 + \frac 12 + \frac 13 + \cdots + \frac 1n \\ T_n &= S_1 + S_2 + S_3 + \cdots + S_n \\ U_n &= \frac{T_1}{2} + \frac{T_2}{3} + \frac{T_3}{4} + \cdots + \frac{T_n}{n+1}. \end{aligned}
Find, with proof, integers such that and .
对于每个正整数 ,让
$$
$$
\begin{对齐} S_n &= 1 + \frac 12 + \frac 13 + \cdots + \frac 1n \\ T_n &= S_1 + S_2 + S_3 + \cdots + S_n \\ U_n &= \frac{T_1}{2} + \frac{T_2}{3} + \frac{T_3}{4} + \cdots + \frac{T_n}{n+1}。 \结束{对齐}
$$
$$
通过证明,找到整数 ,使得 和 。
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。1989 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?