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番外 · 闲灯 / 亚太数学奥林匹克 / P5 · number-theory

1993 APMO 第 5 题

题面据 APMO 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。

APMO 1993 P5 number-theory

Let P1,P2,,P1993=P0P_{1}, P_{2}, \ldots, P_{1993}=P_{0} be distinct points in the xyx y-plane with the following properties:
(i) both coordinates of PiP_{i} are integers, for i=1,2,,1993i=1,2, \ldots, 1993;
(ii) there is no point other than PiP_{i} and Pi+1P_{i+1} on the line segment joining PiP_{i} with Pi+1P_{i+1} whose coordinates are both integers, for i=0,1,,1992i=0,1, \ldots, 1992.

Prove that for some i,0i1992i, 0 \leq i \leq 1992, there exists a point QQ with coordinates (qx,qy)\left(q_{x}, q_{y}\right) on the line segment joining PiP_{i} with Pi+1P_{i+1} such that both 2qx2 q_{x} and 2qy2 q_{y} are odd integers.

P1,P2,,P1993=P0P_{1}, P_{2}, \ldots, P_{1993}=P_{0}xyx y 平面上的不同点,具有以下属性:

(i) PiP_{i} 的两个坐标都是整数,i=1,2,,1993i=1,2, \ldots, 1993

(ii) 在连接 PiP_{i}Pi+1P_{i+1} 的线段上,除了 PiP_{i}Pi+1P_{i+1} 之外,没有坐标均为整数的点,对于 i=0,1,,1992i=0,1, \ldots, 1992

证明对于某些i,0i1992i, 0 \leq i \leq 1992,在连接PiP_{i}Pi+1P_{i+1}的线段上存在坐标(qx,qy)\left(q_{x}, q_{y}\right)的点QQ,使得2qx2 q_{x}2qy2 q_{y}都是奇整数。

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。1993 年 APMO P5 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?