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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / S20 · number-theory

2003 IMO Shortlist S20

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 2003 S20 number-theory

Let bb be an integer greater than 55 . For each positive integer nn , consider the number xn=111n1222n5,x_n = \underbrace{11\cdots1}_{n - 1}\underbrace{22\cdots2}_{n}5, written in base bb .

Prove that the following condition holds if and only if b=10b = 10 : *there exists a positive integer MM such that for any integer nn greater than MM , the number xnx_n is a perfect square.*

*Proposed by Laurentiu Panaitopol, Romania*

bb 为大于 55 的整数。对于每个正整数 nn ,考虑数字 xn=111n1222n5x_n = \underbrace{11\cdots1}_{n - 1}\underbrace{22\cdots2}_{n}5,bb 为基数编写。

证明以下条件成立当且仅当 b=10b = 10 时:*存在正整数 MM,使得对于任何大于 MM 的整数 nn,数字 xnx_n 是完全平方数。*

*由罗马尼亚 Laurentiu Panaitopol 提议*

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。2003 年 IMO Shortlist S20 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?