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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / S06 · number-theory

2005 IMO Shortlist S06

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 2005 S06 number-theory

Denote by d(n)d(n) the number of divisors of the positive integer nn . A positive integer nn is called highly divisible if d(n)>d(m)d(n) > d(m) for all positive integers m<nm < n .
Two highly divisible integers mm and nn with m<nm < n are called consecutive if there exists no highly divisible integer ss satisfying m<s<nm < s < n .

(a) Show that there are only finitely many pairs of consecutive highly divisible
integers of the form (a,b)(a, b) with aba\mid b .

(b) Show that for every prime number pp there exist infinitely many positive highly divisible integers rr such that prpr is also highly divisible.

d(n)d(n) 表示正整数 nn 的约数数。如果对于所有正整数 m<nm < n 来说 d(n)>d(m)d(n) > d(m),则正整数 nn 被称为高度整除。

如果不存在满足 m<s<nm < s < n 的高整除整数 ss,则两个 m<nm < n 的高整除整数 mmnn 被称为连续。

(a) 证明只有有限多对连续的高度整除的
(a,b)(a, b) 形式的整数,其中 aba\mid b

(b) 证明对于每个素数 pp 都存在无限多个正高度可整除整数 rr,使得 prpr 也是高度可整除的。

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 S06 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?