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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / S14 · number-theory

2002 IMO Shortlist S14

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 2002 S14 number-theory

Let nn be a positive integer that is not a perfect cube. Define real numbers a,b,ca,b,c by

a=\root3\ofn,b=1a[a],c=1b[b],a=\root3\of n\kern1.5pt,\qquad b={1\over a-[a]}\kern1pt,\qquad c={1\over b-[b]}\kern1.5pt,

where [x][x] denotes the integer part of xx . Prove that there are infinitely many such integers nn with the property that there exist integers r,s,tr,s,t , not all zero, such that ra+sb+tc=0ra+sb+tc=0 .

nn 为非完美立方的正整数。定义实数 a,b,ca,b,c 通过

a=\root3\ofn,b=1a[a],c=1b[b],a=\root3\of n\kern1.5pt,\qquad b={1\over a-[a]}\kern1pt,\qquad c={1\over b-[b]}\kern1.5pt,

其中 [x][x] 表示 xx 的整数部分。证明存在无限多个这样的整数 nn ,并且具有存在整数 r,s,tr,s,t 且不全为零的属性,使得 ra+sb+tc=0ra+sb+tc=0

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。2002 年 IMO Shortlist S14 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?