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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / N2 · number-theory

2009 IMO Shortlist N2

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 2009 N2 number-theory

PER A positive integer NN is called balanced, if N=1N=1 or if NN can be written as a product of an even number of not necessarily distinct primes. Given positive integers aa and bb, consider the polynomial PP defined by P(x)=(x+a)(x+b)P(x)=(x+a)(x+b). (a) Prove that there exist distinct positive integers aa and bb such that all the numbers P(1),P(2)P(1), P(2), ,P(50)\ldots, P(50) are balanced. (b) Prove that if P(n)P(n) is balanced for all positive integers nn, then a=ba=b.

PER 如果 N=1N=1NN 可以写为偶数个不一定不同素数的乘积,则正整数 NN 称为平衡的。给定正整数 aabb,考虑由 P(x)=(x+a)(x+b)P(x)=(x+a)(x+b) 定义的多项式 PP。 (a) 证明存在不同的正整数aabb,使得所有数字P(1),P(2)P(1), P(2), ,P(50)\ldots, P(50)是平衡的。 (b) 证明如果P(n)P(n) 对于所有正整数nn 是平衡的,则a=ba=b

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。2009 年 IMO Shortlist N2 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?