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

2002 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 2002 P1 number-theory

Let a1,a2,a3,,ana_{1}, a_{2}, a_{3}, \ldots, a_{n} be a sequence of non-negative integers, where nn is a positive integer.

Let

An=a1+a2++annA_{n}=\frac{a_{1}+a_{2}+\cdots+a_{n}}{n}

Prove that

a1!a2!an!(An!)na_{1}!a_{2}!\ldots a_{n}!\geq\left(\left\lfloor A_{n}\right\rfloor!\right)^{n}

where An\left\lfloor A_{n}\right\rfloor is the greatest integer less than or equal to AnA_{n}, and a!=1×2××aa!=1 \times 2 \times \cdots \times a for a1a \geq 1 (and 0!=10!=1 ). When does equality hold?

a1,a2,a3,,ana_{1}, a_{2}, a_{3}, \ldots, a_{n} 为非负整数序列,其中 nn 为正整数。

An=a1+a2++annA_{n}=\frac{a_{1}+a_{2}+\cdots+a_{n}}{n}

证明

a1!a2!an!(An!)na_{1}!a_{2}!\ldots a_{n}!\geq\left(\left\lfloor A_{n}\right\rfloor!\right)^{n}

其中 An\left\lfloor A_{n}\right\rfloor 是小于或等于 AnA_{n} 的最大整数,并且 a!=1×2××aa!=1 \times 2 \times \cdots \times a 对于 a1a \geq 1 (和 0!=10!=1 )。平等何时成立?

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。2002 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?