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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / N7 · number-theory

2013 IMO Shortlist N7

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 N7 number-theory

Let ν\nu be an irrational positive number, and let mm be a positive integer. A pair (a,b)(a, b) of positive integers is called good if abνbaν=m.a\lceil b \nu\rceil-b\lfloor a \nu\rfloor=m . A good pair (a,b)(a, b) is called excellent if neither of the pairs (ab,b)(a-b, b) and (a,ba)(a, b-a) is good. (As usual, by x\lfloor x\rfloor and x\lceil x\rceil we denote the integer numbers such that x1<xxx-1<\lfloor x\rfloor \leq x and xx<x+1x \leq\lceil x\rceil<x+1.) Prove that the number of excellent pairs is equal to the sum of the positive divisors of mm.

ν\nu 为无理正数,mm 为正整数。如果 $$ a\lceil b \nu\rceil-b\lfloor a \nu\rfloor=m ,则一对 (a,b)(a, b) 称为良好。 $$ 如果 (ab,b)(a-b, b)(a,ba)(a, b-a) 都不是好的,那么一个好的 (a,b)(a, b) 被称为优秀。 (像往常一样,x\lfloor x\rfloorx\lceil x\rceil 表示整数,使得 x1<xxx-1<\lfloor x\rfloor \leq xxx<x+1x \leq\lceil x\rceil<x+1。)证明优秀对的数量等于 mm 的正因数之和。

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 N7 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?