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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / A6 · algebra

2012 IMO Shortlist A6

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 2012 A6 algebra

Let f:NNf: \mathbb{N} \rightarrow \mathbb{N} be a function, and let fmf^{m} be ff applied mm times. Suppose that for every nNn \in \mathbb{N} there exists a kNk \in \mathbb{N} such that f2k(n)=n+kf^{2 k}(n)=n+k, and let knk_{n} be the smallest such kk. Prove that the sequence k1,k2,k_{1}, k_{2}, \ldots is unbounded.

f:NNf: \mathbb{N} \rightarrow \mathbb{N} 为函数,并令fmf^{m}ff 应用mm 次。假设对于每个 nNn \in \mathbb{N} 都存在一个 kNk \in \mathbb{N} 使得 f2k(n)=n+kf^{2 k}(n)=n+k,并令 knk_{n} 为最小的 kk。证明序列 k1,k2,k_{1}, k_{2}, \ldots 是无界的。

提示 1

先把题面里的关系改写成一个干净的代数对象。

提示 2

寻找不变量、对称式或一个可以降次数的替换。

提示 3

最后用判别式、因式分解、单调性或构造把所有可能排完。

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。2012 年 IMO Shortlist A6 可先归入代数: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?