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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / N4 · number-theory

2007 IMO Shortlist N4

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 2007 N4 number-theory

For every integer k2k \geq 2, prove that 23k2^{3 k} divides the number (2k+12k)(2k2k1)\left(\begin{array}{c} 2^{k+1} \\ 2^{k} \end{array}\right)-\left(\begin{array}{c} 2^{k} \\ 2^{k-1} \end{array}\right) but 23k+12^{3 k+1} does not. (Poland)

对于每个整数 k2k \geq 2,证明 23k2^{3 k} 可以除以数字 (2k+12k)(2k2k1)\left(\begin{array}{c} 2^{k+1} \\ 2^{k} \end{array}\right)-\left(\begin{array}{c} 2^{k} \\ 2^{k-1} \end{array}\right),但 23k+12^{3 k+1} 不能。 (波兰)

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。2007 年 IMO Shortlist N4 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?