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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / N2 · number-theory

2013 IMO Shortlist N2

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 2013 N2 number-theory

Prove that for any pair of positive integers kk and nn there exist kk positive integers m1,m2,,mkm_{1}, m_{2}, \ldots, m_{k} such that 1+2k1n=(1+1m1)(1+1m2)(1+1mk).1+\frac{2^{k}-1}{n}=\left(1+\frac{1}{m_{1}}\right)\left(1+\frac{1}{m_{2}}\right) \cdots\left(1+\frac{1}{m_{k}}\right) . (Japan)

证明对于任意一对正整数 kknn,都存在 kk 个正整数 m1,m2,,mkm_{1}, m_{2}, \ldots, m_{k},使得 1+2k1n=(1+1m1)(1+1m2)(1+1mk)1+\frac{2^{k}-1}{n}=\left(1+\frac{1}{m_{1}}\right)\left(1+\frac{1}{m_{2}}\right) \cdots\left(1+\frac{1}{m_{k}}\right) 。(日本)

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。2013 年 IMO Shortlist N2 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?