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番外 · 题谱 · 2014 · P3

2014 USAMO 第 3 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 2014 P3 number-theory

Prove that there exists an infinite set of points

,P3,P2,P1,P0,P1,P2,P3,\ldots,\,\,\,\,P_{-3},\,\,\,\,P_{-2},\,\,\,\,P_{-1},\,\,\,\,P_0,\,\,\,\,P_1,\,\,\,\,P_2,\,\,\,\,P_3,\,\,\,\,\ldots

in the plane with the following property: For any three distinct integers a,b,a,b, and cc, points PaP_a, PbP_b, and PcP_c are collinear if and only if a+b+c=2014a+b+c=2014.

证明存在无限个点集

$$

\l点,\,\,\,\,P_{-3},\,\,\,\,P_{-2},\,\,\,\,P_{-1},\,\,\,\,P_0,\,\,\,\,P_1,\,\,\,\,P_2,\,\,\,\,P_3,\,\,\,\,\l点

$$

在具有以下属性的平面中:对于任意三个不同的整数 a,b,a,b,cc,点 PaP_aPbP_bPcP_c 共线当且仅当 a+b+c=2014a+b+c=2014

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。2014 年 USAMO P3 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?