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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / N3 · number-theory

2009 IMO Shortlist N3

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 N3 number-theory

EST Let ff be a non-constant function from the set of positive integers into the set of positive integers, such that aba-b divides f(a)f(b)f(a)-f(b) for all distinct positive integers a,ba, b. Prove that there exist infinitely many primes pp such that pp divides f(c)f(c) for some positive integer cc.

EST 设 ff 是从正整数集合到正整数集合的非常数函数,使得 aba-b 对于所有不同的正整数 a,ba, b 整除 f(a)f(b)f(a)-f(b)。证明存在无限多个素数 pp,使得 pp 能除以 f(c)f(c) 得到某个正整数 cc

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 N3 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?