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番外 · 闲灯 / 亚太数学奥林匹克 / P2 · number-theory

2018 APMO 第 2 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 2018 P2 number-theory

Let f(x)f(x) and g(x)g(x) be given by

f(x)=1x+1x2+1x4++1x2018f(x)=\frac{1}{x}+\frac{1}{x-2}+\frac{1}{x-4}+\cdots+\frac{1}{x-2018}

and

g(x)=1x1+1x3+1x5++1x2017.g(x)=\frac{1}{x-1}+\frac{1}{x-3}+\frac{1}{x-5}+\cdots+\frac{1}{x-2017} .

Prove that

f(x)g(x)>2|f(x)-g(x)|>2

for any non-integer real number xx satisfying 0<x<20180<x<2018.

f(x)f(x)g(x)g(x) 由下式给出

f(x)=1x+1x2+1x4++1x2018f(x)=\frac{1}{x}+\frac{1}{x-2}+\frac{1}{x-4}+\cdots+\frac{1}{x-2018}

g(x)=1x1+1x3+1x5++1x2017g(x)=\frac{1}{x-1}+\frac{1}{x-3}+\frac{1}{x-5}+\cdots+\frac{1}{x-2017} 。

证明

f(x)g(x)>2|f(x)-g(x)|>2

对于任何满足 0<x<20180<x<2018 的非整数实数 xx

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。2018 年 APMO P2 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?