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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / N1 · number-theory

2012 IMO Shortlist N1

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 N1 number-theory

Call admissible a set AA of integers that has the following property:  If x,yA (possibly x=y ) then x2+kxy+y2A for every integer k\text { If } x, y \in A \text { (possibly } x=y \text { ) then } x^{2}+k x y+y^{2} \in A \text { for every integer } k \text {. } Determine all pairs m,nm, n of nonzero integers such that the only admissible set containing both mm and nn is the set of all integers.

称可接受的整数集 AA 具有以下属性: \text { 如果 } x, y \in A \text { (可能 } x=y \text { )则 } x^{2}+k x y+y^{2} \in A \text { 对于每个整数 } k \text {。 确定所有非零整数对 m,nm, n,使得包含 mmnn 的唯一可接受的集合是所有整数的集合。

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。2012 年 IMO Shortlist N1 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?