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番外 · 题谱 · 2009 · P6

2009 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 2009 P6 number-theory

Let s1,s2,s3,s_1, s_2, s_3, \ldots be an infinite, nonconstant sequence of rational numbers, meaning it is not the case that s1=s2=s3=.s_1 = s_2 = s_3 = \cdots. Suppose that t1,t2,t3,t_1, t_2, t_3, \ldots is also an infinite, nonconstant sequence of rational numbers with the property that (sisj)(titj)(s_i - s_j)(t_i - t_j) is an integer for all ii and jj. Prove that there exists a rational number rr such that (sisj)r(s_i - s_j)r and (titj)/r(t_i - t_j)/r are integers for all ii and jj.

s1,s2,s3,s_1, s_2, s_3, \ldots 是一个无限的、非常量的有理数序列,这意味着 s1=s2=s3=s_1 = s_2 = s_3 = \cdots 的情况并非如此。假设假设t_1, t_2, t_3, \ldots也是一个无限的、非常量的有理数序列,其属性为也是一个无限的、非常量的有理数序列,其属性为(s_i - s_j)(t_i - t_j)是所有是所有ij的整数。证明存在一个有理数的整数。证明存在一个有理数r,使得,使得(s_i - s_j)r(t_i - t_j)/r对于所有对于所有ij$ 都是整数。

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。2009 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?