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番外 · 题谱 · 2005 · P6

2005 USAMO 第 6 题

数论 · P3/P6 · 压轴题

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 P6 number-theory

For mm a positive integer, let s(m)s(m) be the sum of the digits of mm. For n2n\ge 2, let f(n)f(n) be the minimal kk for which there exists a set SS of nn positive integers such that s(xXx)=ks\left(\sum_{x\in X} x\right) = k for any nonempty subset XSX\subset S. Prove that there are constants 0<C1<C20 < C_1 < C_2 with

$$

C_1 \log_{10} n \le f(n) \le C_2 \log_{10} n.

$$

对于正整数 mm,令 s(m)s(m)mm 的数字之和。对于 n2n\ge 2,令 f(n)f(n) 为最小 kk,其中存在 nn 个正整数的集合 SS,使得对于任何非空子集 XSX\subset Ss(xXx)=ks\left(\sum_{x\in X} x\right) = k。证明存在常数 0<C1<C20 < C_1 < C_2

C1log10nf(n)C2log10nC_1 \log_{10} n \le f(n) \le C_2 \log_{10} n。

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 P6 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?