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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / S08 · number-theory

2000 IMO Shortlist S08

题面据 IMO Shortlist 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。

IMO Shortlist 2000 S08 number-theory

The function FF is defined on the set of nonnegative integers and takes nonnegative integer values satisfying the following conditions: for every n0,n \geq 0,

(i) F(4n)=F(2n)+F(n),F(4n) = F(2n) + F(n),
(ii) F(4n+2)=F(4n)+1,F(4n + 2) = F(4n) + 1,
(iii) F(2n+1)=F(2n)+1.F(2n + 1) = F(2n) + 1.

Prove that for each positive integer m,m, the number of integers nn with 0n<2m0 \leq n < 2^m and F(4n)=F(3n)F(4n) = F(3n) is F(2m+1).F(2^{m + 1}).

函数 FF 定义在非负整数集合上,并采用满足以下条件的非负整数值:对于每个 n0,n \geq 0,

(i) F(4n)=F(2n)+F(n),F(4n) = F(2n) + F(n),
(ii) F(4n+2)=F(4n)+1,F(4n + 2) = F(4n) + 1,
(iii) F(2n+1)=F(2n)+1.F(2n + 1) = F(2n) + 1.

证明对于每个正整数 m,m, 满足 0n<2m0 \leq n < 2^mF(4n)=F(3n)F(4n) = F(3n) 的整数 nn 的个数为 F(2m+1)F(2^{m + 1})。

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。2000 年 IMO Shortlist S08 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?