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番外 · 题谱 · 2015 · P6

2015 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 2015 P6 number-theory

Consider 0<λ<10<\lambda<1, and let AA be a multiset of positive integers. Let An={aA:an}A_n=\{a\in A: a\leq n\}. Assume that for every nNn\in\mathbb{N}, the set AnA_n contains at most nλn\lambdanumbers. Show that there are infinitely many nNn\in\mathbb{N} for which the sum of the elements in AnA_n is at most n(n+1)2λ\frac{n(n+1)}{2}\lambda. (A multiset is a set-like collection of elements in which order is ignored, but repetition of elements is allowed and multiplicity of elements is significant. For example, multisets {1,2,3}\{1, 2, 3\} and {2,1,3}\{2, 1, 3\} are equivalent, but {1,1,2,3}\{1, 1, 2, 3\} and {1,2,3}\{1, 2, 3\} differ.)

考虑 0<λ<10<\lambda<1,并令 AA 为正整数的多重集。设An={aA:an}A_n=\{a\in A: a\leq n\}。假设对于每个 nNn\in\mathbb{N},集合 AnA_n 最多包含 nλn\lambda 个数字。证明存在无限多个 nNn\in\mathbb{N},其中 AnA_n 中的元素之和至多为 n(n+1)2λ\frac{n(n+1)}{2}\lambda。 (多重集是类似集合的元素集合,其中顺序被忽略,但允许元素重复,并且元素的重数很重要。例如,多重集 {1,2,3}\{1, 2, 3\}{2,1,3}\{2, 1, 3\} 是等价的,但 {1,1,2,3}\{1, 1, 2, 3\}{1,2,3}\{1, 2, 3\} 不同。)

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。2015 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?