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番外 · 题谱 · 2018 · P3

2018 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 2018 P3 number-theory

For a given integer n2,n\ge 2, let {a1,a2,,am}\{a_1,a_2,…,a_m\} be the set of positive integers less than nn that are relatively prime to n.n. Prove that if every prime that divides mm also divides n,n, then a1k+a2k++amka_1^k+a_2^k + \dots + a_m^k is divisible by mm for every positive integer k.k.

对于给定的整数 n2,n\ge 2,{a1,a2,,am}\{a_1,a_2,…,a_m\} 为小于 nn 且与 n互质的正整数集合。n 互质的正整数集合。 证明,如果除 mm 的每个素数也整除 n,n,,则对于每个正整数 kk,a_1^k+a_2^k + \dots + a_m^k可被可被m整除。整除。

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。2018 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?