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番外 · 闲灯 / 亚太数学奥林匹克 / P3 · number-theory

2013 APMO 第 3 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 2013 P3 number-theory

For 2k2 k real numbers a1,a2,,ak,b1,b2,,bka_{1}, a_{2}, \ldots, a_{k}, b_{1}, b_{2}, \ldots, b_{k} define the sequence of numbers XnX_{n} by

Xn=i=1k[ain+bi](n=1,2,)X_{n}=\sum_{i=1}^{k}\left[a_{i} n+b_{i}\right] \quad(n=1,2, \ldots)

If the sequence XnX_{n} forms an arithmetic progression, show that i=1kai\sum_{i=1}^{k} a_{i} must be an integer. Here [r][r] denotes the greatest integer less than or equal to rr.

对于 2k2 k 实数 a1,a2,,ak,b1,b2,,bka_{1}, a_{2}, \ldots, a_{k}, b_{1}, b_{2}, \ldots, b_{k} 定义数字序列 XnX_{n}

Xn=i=1k[ain+bi](n=1,2,)X_{n}=\sum_{i=1}^{k}\left[a_{i} n+b_{i}\right] \quad(n=1,2, \ldots)

如果序列 XnX_{n} 形成算术级数,则证明 i=1kai\sum_{i=1}^{k} a_{i} 必须是整数。这里[r][r]表示小于或等于rr的最大整数。

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。2013 年 APMO P3 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?