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

2020 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 2020 P2 number-theory

Show that r=2r=2 is the largest real number rr which satisfies the following condition:

If a sequence a1,a2,a_{1}, a_{2}, \ldots of positive integers fulfills the inequalities

anan+2an2+ran+1a_{n} \leq a_{n+2} \leq \sqrt{a_{n}^{2}+r a_{n+1}}

for every positive integer nn, then there exists a positive integer MM such that an+2=ana_{n+2}=a_{n} for every nMn \geq M.

证明r=2r=2是满足以下条件的最大实数rr

如果正整数序列 a1,a2,a_{1}, a_{2}, \ldots 满足不等式

anan+2an2+ran+1a_{n} \leq a_{n+2} \leq \sqrt{a_{n}^{2}+r a_{n+1}}

对于每个正整数nn,则存在一个正整数MM,使得对于每个nMn \geq Man+2=ana_{n+2}=a_{n}

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。2020 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?