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番外 · 闲灯 / 亚太数学奥林匹克 / P4 · number-theory

2020 APMO 第 4 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 P4 number-theory

Let Z\mathbb{Z} denote the set of all integers. Find all polynomials P(x)P(x) with integer coefficients that satisfy the following property:

For any infinite sequence a1,a2,a_{1}, a_{2}, \ldots of integers in which each integer in Z\mathbb{Z} appears exactly once, there exist indices i<ji<j and an integer kk such that ai+ai+1++aj=P(k)a_{i}+a_{i+1}+\cdots+a_{j}=P(k).

Let Z\mathbb{Z} denote the set of all integers. Find all polynomials P(x)P(x) with integer coefficients that satisfy the following property:

对于任何整数的无限序列 a1,a2,a_{1}, a_{2}, \ldots,其中 Z\mathbb{Z} 中的每个整数只出现一次,存在索引 i<ji<j 和整数 kk,使得 ai+ai+1++aj=P(k)a_{i}+a_{i+1}+\cdots+a_{j}=P(k)

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 P4 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?