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番外 · 闲灯 / 中国数学奥林匹克 / P1 · number-theory

1989 CMO 第 1 题

题面据中国数学奥林匹克 / AoPS 可核档案整理;中文题意为本站自译,英文行为来源英译摘要,公式请以原始来源为准。

CMO 1989 P1 number-theory

We are given two point sets AA and BB which are both composed of finite disjoint arcs on the unit circle. Moreover, the length of each arc in BB is equal to πm\dfrac{\pi}{m} ( mNm \in \mathbb{N} ). We denote by AjA^j the set obtained by a counterclockwise rotation of AA about the center of the unit circle for jπm\dfrac{j\pi}{m} ( j=1,2,3,j=1,2,3,\dots ). Show that there exists a natural number kk such that l(AkB)12πl(A)l(B)l(A^k\cap B)\ge \dfrac{1}{2\pi}l(A)l(B) .(Here l(X)l(X) denotes the sum of lengths of all disjoint arcs in the point set XX )

给定两个点集 AABB,它们都由单位圆上的有限不相交弧组成。此外,BB 中每条弧的长度等于 πm\dfrac{\pi}{m} ( mNm \in \mathbb{N} )。我们用 AjA^j 表示 AA 绕单位圆中心逆时针旋转 jπm\dfrac{j\pi}{m} ( j=1,2,3,j=1,2,3,\dots ) 所获得的集合。证明存在一个自然数 kk 使得 l(AkB)12πl(A)l(B)l(A^k\cap B)\ge \dfrac{1}{2\pi}l(A)l(B) 。(这里 l(X)l(X) 表示点集 XX 中所有不相交弧的长度之和)

提示 1

先看模小素数、最大公因数或整除链。

提示 2

把整数条件转成同余方程或 p 进指数比较。

提示 3

若要存在性,用构造;若要唯一性,用最小反例或下降。

完整解答

题面已直接收录。先把 1989 年 CMO 第 1 题的条件整理成对象、关系、目标三部分;再沿提示寻找不变量、标准构型或关键变形;最后补齐边界情形,并回到原题要求核对。