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

2022 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 2022 P4 number-theory

Let nn and kk be positive integers. Cathy is playing the following game. There are nn marbles and kk boxes, with the marbles labelled 1 to nn. Initially, all marbles are placed inside one box. Each turn, Cathy chooses a box and then moves the marbles with the smallest label, say ii, to either any empty box or the box containing marble i+1i+1. Cathy wins if at any point there is a box containing only marble nn.

Determine all pairs of integers (n,k)(n, k) such that Cathy can win this game.

nnkk 为正整数。凯茜正在玩以下游戏。有 nn 个弹珠和 kk 个盒子,弹珠标记为 1 到 nn。最初,所有弹珠都放在一个盒子里。每回合,Cathy 选择一个盒子,然后将带有最小标签的弹珠(例如 ii)移动到任何空盒子或包含弹珠 i+1i+1 的盒子。如果在任何时候有一个盒子只包含弹珠 nn,Cathy 就会获胜。

确定所有整数对 (n,k)(n, k),使得 Cathy 能够赢得这场游戏。

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。2022 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?