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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / N5 · number-theory

2008 IMO Shortlist N5

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 2008 N5 number-theory

For every nNn \in \mathbb{N} let d(n)d(n) denote the number of (positive) divisors of nn. Find all functions f:NNf: \mathbb{N} \rightarrow \mathbb{N} with the following properties: (i) d(f(x))=xd(f(x))=x for all xNx \in \mathbb{N}; (ii) f(xy)f(x y) divides (x1)yxy1f(x)(x-1) y^{x y-1} f(x) for all x,yNx, y \in \mathbb{N}.

对于每个nNn \in \mathbb{N},令d(n)d(n) 表示nn 的(正)因数数。查找所有具有以下属性的函数 f:NNf: \mathbb{N} \rightarrow \mathbb{N}: (i) d(f(x))=xd(f(x))=x 对于所有 xNx \in \mathbb{N}; (ii) 对于所有 x,yNx, y \in \mathbb{N}f(xy)f(x y) 除以 (x1)yxy1f(x)(x-1) y^{x y-1} f(x)

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。2008 年 IMO Shortlist N5 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?