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番外 · 题谱 · 2005 · P4

2005 USAMO 第 4 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 2005 P4 number-theory

Legs L1,L2,L3,L4L_1, L_2, L_3, L_4 of a square table each have length nn, where nn is a positive integer. For how many ordered 4-tuples (k1,k2,k3,k4)(k_1, k_2, k_3, k_4) of nonnegative integers can we cut a piece of length kik_i from the end of leg Li  (i=1,2,3,4)L_i \; (i = 1,2,3,4) and still have a stable table?

(The table is stable if it can be placed so that all four of the leg ends touch the floor. Note that a cut leg of length 0 is permitted.)

方桌的桌腿 L1L2L3L4L_1、L_2、L_3、L_4 的长度均为 nn,其中 nn 为正整数。对于多少个非负整数的有序 4 元组 (k1,k2,k3,k4)(k_1, k_2, k_3, k_4),我们可以从边 Li  的末尾切出一段长度为L_i \; 的末尾切出一段长度为k_i的片段;(i=1,2,3,4)的片段; (i = 1,2,3,4) 并且仍然有稳定的表?

(如果可以将桌子放置成所有四个腿端都接触地板,则桌子是稳定的。请注意,允许长度为 0 的切割腿。)

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。2005 年 USAMO P4 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?