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

2013 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 2013 N6 number-theory

Determine all functions f:QZf: \mathbb{Q} \longrightarrow \mathbb{Z} satisfying f(f(x)+ab)=f(x+ab)f\left(\frac{f(x)+a}{b}\right)=f\left(\frac{x+a}{b}\right) for all xQ,aZx \in \mathbb{Q}, a \in \mathbb{Z}, and bZ>0b \in \mathbb{Z}_{>0}. (Here, Z>0\mathbb{Z}_{>0} denotes the set of positive integers.) (Israel)

确定所有函数 f:QZf: \mathbb{Q} \longrightarrow \mathbb{Z} 满足 f(f(x)+ab)=f(x+ab)f\left(\frac{f(x)+a}{b}\right)=f\left(\frac{x+a}{b}\right) 对于所有 xQaZx \in \mathbb{Q}、a \in \mathbb{Z}bZ>0b \in \mathbb{Z}_{>0}。 (这里,Z>0\mathbb{Z}_{>0} 表示正整数集合。)(以色列)

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 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?