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

2000 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 2000 P5 number-theory

Given a permutation (a0,a1,,an)\left(a_{0}, a_{1}, \ldots, a_{n}\right) of the sequence 0,1,,n0,1, \ldots, n. A transposition of aia_{i} with aja_{j} is called legal if ai=0a_{i}=0 for i>0i>0, and ai1+1=aja_{i-1}+1=a_{j}. The permutation (a0,a1,,an)\left(a_{0}, a_{1}, \ldots, a_{n}\right) is called regular if after a number of legal transpositions it becomes (1,2,,n,0)(1,2, \ldots, n, 0). For which numbers nn is the permutation (1,n,n1,,3,2,0)(1, n, n-1, \ldots, 3,2,0) regular?

Answer: n=2n=2 and n=2k1,kn=2^{k}-1, k positive integer.

给定序列 0,1,,n0,1, \dots, n 的排列 (a0,a1,,an)\left(a_{0}, a_{1}, \ldots, a_{n}\right)。如果 ai=0a_{i}=0(i>0i>0)且 ai1+1=aja_{i-1}+1=a_{j},则 aia_{i}aja_{j} 的转置被称为合法。如果经过多次合法换位后,排列 (a0,a1,,an)\left(a_{0}, a_{1}, \ldots, a_{n}\right) 变为 (1,2,,n,0)(1,2, \ldots, n, 0),则该排列称为正则排列。对于哪些数字 nn 来说,排列 (1,n,n1,,3,2,0)(1, n, n-1, \ldots, 3,2,0) 是正则排列?

答案:n=2n=2n=2k1kn=2^{k}-1,k正整数。

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。2000 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?