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

2022 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/2022/eng.pdf。本站于 2026-05-13 将 IMO 题谱生成范围校验至 2025 年。

IMO 2022 P1 number-theory

The Bank of Oslo issues two types of coin: aluminum (denoted AA ) and bronze (denoted BB ). Marianne has nn aluminum coins and nn bronze coins arranged in a row in some arbitrary initial order. A chain is any subsequence of consecutive coins of the same type. Given a fixed positive integer k2nk \leq 2n , Gilberty repeatedly performs the following operation: he identifies the longest chain containing the kthk^{\mathrm{th}} coin from the left and moves all coins in that chain to the left end of the row. For example, if n=4n = 4 and k=4k = 4 , the process starting from the ordering AABBBAAABBBA would be AABBBAAABBBA AA BBBABBBA AA AAABBBAAABBB AA BBBBAABBBBAA AA BBBBAABBBBAA AA \dots

Find all pairs (n,k)(n,k) with 1k2n1\leq k\leq 2n such that for every initial ordering, at some moment during the process, the leftmost nn coins will all be of the same type.

奥斯陆银行发行两种硬币:铝币(记为 AA )和铜币(记为 BB )。玛丽安有 nn 铝币和 nn 铜币,按任意初始顺序排列成一排。链是相同类型的连续硬币的任何子序列。给定一个固定的正整数 k2nk \leq 2n ,Gilberty 重复执行以下操作:他从左侧找出包含 kthk^{\mathrm{th}} 硬币的最长链,并将该链中的所有硬币移动到该行的左端。例如,如果 n=4n = 4k=4k = 4 ,则从排序 AABBBAAABBBA 开始的过程将为 AABBBAAABBBA AA BBBABBBA AA AAABBBAAABBB AA BBBBAABBBBAA AA BBBBAABBBBAA AA \dots

找到所有 (n,k)(n,k)1k2n1\leq k\leq 2n 的对,这样对于每个初始排序,在过程中的某个时刻,最左边的 nn 硬币都将属于相同类型。

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 2022 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。