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番外 · 闲灯 / 国际数学奥林匹克 / P1 · number-theory

2011 IMO 第 1 题

题面据 IMO 可核档案整理;中文题意为本站自译或改写,正式公式请以原始来源为准。PDF:https://www.imo-official.org/problems/2011/eng.pdf。本站于 2026-05-13 将 IMO 题谱生成范围校验至 2025 年。

IMO 2011 P1 number-theory

Given any set A={a1,a2,a3,a4}A = \{a_{1},a_{2},a_{3},a_{4}\} of four distinct positive integers, we denote the sum a1+a2+a3+a4a_{1} + a_{2} + a_{3} + a_{4} by sAs_{A} . Let nAn_{A} denote the number of pairs (i,j)(i,j) with 1i<j41\leq i< j\leq 4 for which ai+aja_{i} + a_{j} divides sAs_{A} . Find all sets AA of four distinct positive integers which achieve the largest possible value of nAn_{A} .

给定四个不同正整数的任意集合 A={a1,a2,a3,a4}A = \{a_{1},a_{2},a_{3},a_{4}\},我们将和 a1+a2+a3+a4a_{1} + a_{2} + a_{3} + a_{4} 表示为 sAs_{A} 。设 nAn_{A} 表示 1i<j41\leq i< j\leq 4 的对 (i,j)(i,j) 的数量,其中 ai+aja_{i} + a_{j} 除以 sAs_{A} 。查找四个不同正整数的所有集合 AA,它们实现 nAn_{A} 的最大可能值。

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

题面来自可核来源,本站补原创提示和解法骨架。 先把 2011 年第 1 题归入 number theory:数论结构题:先看同余、整除、最大公因数和 p 进赋值,再用构造或反证把整数条件锁紧。 完整解答的主线是先翻译题设,提取一个不变量或标准构型;第二步用提示阶梯里的入口建立关键等式;第三步把剩余情形分完,并回到题目要求检查边界和等号。P1 的题位也给出节奏提示:P1/P4 多半从直接观察起步,P2/P5 需要一个中间引理,P3/P6 则要把两个看似分开的条件接到同一个结构上。