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番外 · 闲灯 / 亚太数学奥林匹克 / P1 · number-theory

1994 APMO 第 1 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 1994 P1 number-theory

Let f:RRf: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R} be a function such that
(i) For all x,yRx, y \in \mathbb{R},

f(x)+f(y)+1f(x+y)f(x)+f(y)f(x)+f(y)+1 \geq f(x+y) \geq f(x)+f(y)

(ii) For all x[0,1),f(0)f(x)x \in[0,1), f(0) \geq f(x),
(iii) f(1)=f(1)=1-f(-1)=f(1)=1.

Find all such functions ff.

Answer: f(x)=xf(x)=\lfloor x\rfloor, the largest integer that does not exceed xx, is the only function.

f:RRf: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R} 是一个函数,使得

(i) 对于所有 x,yRx, y \in \mathbb{R}

f(x)+f(y)+1f(x+y)f(x)+f(y)f(x)+f(y)+1 \geq f(x+y) \geq f(x)+f(y)

(ii) 对于所有 x[0,1),f(0)f(x)x \in[0,1), f(0) \geq f(x)

(iii)f(1)=f(1)=1-f(-1)=f(1)=1

找到所有这样的函数ff
答案:f(x)=xf(x)=\lfloor x\rfloor,不超过xx的最大整数,是唯一的函数。

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。1994 年 APMO P1 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?