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

2011 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 2011 N5 number-theory

Let ff be a function from the set of integers to the set of positive integers. Suppose that for any two integers mm and nn, the difference f(m)f(n)f(m)-f(n) is divisible by f(mn)f(m-n). Prove that for all integers m,nm, n with f(m)f(n)f(m) \leq f(n) the number f(n)f(n) is divisible by f(m)f(m).

ff 为从整数集到正整数集的函数。假设对于任意两个整数 mmnn,差值 f(m)f(n)f(m)-f(n) 可被 f(mn)f(m-n) 整除。证明对于所有整数 m,nm, nf(m)f(n)f(m) \leq f(n),数字 f(n)f(n) 可以被 f(m)f(m) 整除。

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。2011 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?