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。
This ISL 2005 problem has not been used in any TST I know. A pity, since it is a nice problem, but in its shortlist formulation, it is absolutely incomprehensible. Here is a mathematical restatement of the problem:
Let be a nonnegative integer.
A forest consists of rooted (i. e. oriented) trees. Each vertex of the forest is either a leaf or has two successors. A vertex is called an *extended successor* of a vertex if there is a chain of vertices , , , ..., , with such that the vertex is a successor of the vertex for every integer with . A vertex is called *dynastic* if it has two successors and each of these successors has at least extended successors.
Prove that if the forest has vertices, then there are at most dynastic vertices.
据我所知,这个 ISL 2005 问题还没有在任何 TST 中使用过。遗憾的是,虽然这是一个很好的问题,但在其入围方案中,它绝对是不可理解的。这是该问题的数学重述:
令 为非负整数。
森林由有根(即有向)的树木组成。森林的每个顶点要么是一片叶子,要么有两个后继者。如果存在顶点链 、 、 、 ...、 、 且 使得顶点 是该顶点的后继,则顶点 称为顶点 的*扩展后继* 对于每个整数 和 。如果一个顶点有两个后继者,并且每个后继者至少有 扩展后继者,则该顶点被称为“动态”。
证明如果森林有 个顶点,则最多有 个王朝顶点。
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。2005 年 IMO Shortlist S03 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?