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番外 · 题谱 · 2007 · P1

2007 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 2007 P1 number-theory

Let nn be a positive integer. Define a sequence by setting a1=na_1 = n and, for each k>1k>1, letting aka_k be the unique integer in the range 0akk10 \le a_k \le k-1 for which a1+a2++aka_1 + a_2 + \cdots + a_k is divisible by kk. For instance, when n=9n=9 the obtained sequence is 9,1,2,0,3,3,3,9, 1, 2, 0, 3, 3, 3, \ldots. Prove that for any nn the sequence a1,a2,a3,a_1, a_2, a_3, \ldots eventually becomes constant.

nn 为正整数。通过设置 a1=na_1 = n 来定义序列,并且对于每个 k>1k>1,令 aka_k0akk10 \le a_k \le k-1 范围内的唯一整数,其中 a1+a2++aka_1 + a_2 + \cdots + a_k 可被 kk 整除。例如,当n=9n=9时,获得的序列为9,1,2,0,3,3,3,9,1,2,0,3,3,3,\ldots。证明对于任何 nn,序列 a1,a2,a3,a_1, a_2, a_3, \ldots 最终变为常数。

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。2007 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?