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

2012 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 2012 N5 number-theory

For a nonnegative integer nn define rad(n)=1\operatorname{rad}(n)=1 if n=0n=0 or n=1n=1, and rad(n)=p1p2pk\operatorname{rad}(n)=p_{1} p_{2} \cdots p_{k} where p1<p2<<pkp_{1}<p_{2}<\cdots<p_{k} are all prime factors of nn. Find all polynomials f(x)f(x) with nonnegative integer coefficients such that rad(f(n))\operatorname{rad}(f(n)) divides rad(f(nrad(n)))\operatorname{rad}\left(f\left(n^{r a d(n)}\right)\right) for every nonnegative integer nn.

对于非负整数 nn,如果 n=0n=0n=1n=1,则定义 rad(n)=1\operatorname{rad}(n)=1,并且 rad(n)=p1p2pk\operatorname{rad}(n)=p_{1} p_{2} \cdots p_{k},其中 p1<p2<<pkp_{1}<p_{2}<\cdots<p_{k} 都是 nn 的质因数。查找所有具有非负整数系数的多项式 f(x)f(x),使得对于每个非负整数 nnrad(f(n))\operatorname{rad}(f(n)) 能除以 rad(f(nrad(n)))\operatorname{rad}\left(f\left(n^{r a d(n)}\right)\right)

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 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?