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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / N6 · number-theory

2011 IMO Shortlist N6

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 N6 number-theory

Let P(x)P(x) and Q(x)Q(x) be two polynomials with integer coefficients such that no nonconstant polynomial with rational coefficients divides both P(x)P(x) and Q(x)Q(x). Suppose that for every positive integer nn the integers P(n)P(n) and Q(n)Q(n) are positive, and 2Q(n)12^{Q(n)}-1 divides 3P(n)13^{P(n)}-1. Prove that Q(x)Q(x) is a constant polynomial.

P(x)P(x)Q(x)Q(x) 为两个具有整数系数的多项式,使得具有有理系数的非常数多项式不能同时整除 P(x)P(x)Q(x)Q(x)。假设对于每个正整数 nn,整数 P(n)P(n)Q(n)Q(n) 都是正数,并且 2Q(n)12^{Q(n)}-1 除以 3P(n)13^{P(n)}-1。证明 Q(x)Q(x) 是常数多项式。

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 N6 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?