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番外 · 题谱 · 2018 · P4

2018 USAMO 第 4 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 2018 P4 number-theory

Let pp be a prime, and let a1,,apa_1, \dots, a_p be integers. Show that there exists an integer kk such that the numbers

a1+k,a2+2k,,ap+pka_1 + k, a_2 + 2k, \dots, a_p + pk

produce at least 12p\tfrac{1}{2} p distinct remainders upon division by pp.

pp为素数,设a1apa_1、\dots、a_p为整数。证明存在一个整数 kk 使得数字

a1+k,a2+2k,,ap+pka_1 + k, a_2 + 2k, \dots, a_p + pk

除以 pp 后至少产生 12p\tfrac{1}{2} p 不同的余数。

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。2018 年 USAMO P4 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?