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

2014 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 2014 N6 number-theory

Let a1<a2<<ana_{1}<a_{2}<\cdots<a_{n} be pairwise coprime positive integers with a1a_{1} being prime and a1n+2a_{1} \geq n+2. On the segment I=[0,a1a2an]I=\left[0, a_{1} a_{2} \cdots a_{n}\right] of the real line, mark all integers that are divisible by at least one of the numbers a1,,ana_{1}, \ldots, a_{n}. These points split II into a number of smaller segments. Prove that the sum of the squares of the lengths of these segments is divisible by a1a_{1}. (Serbia)

a1<a2<<ana_{1}<a_{2}<\cdots<a_{n} 为成对互质正整数,其中 a1a_{1} 为素数,a1n+2a_{1} \geq n+2。在实数线段 I=[0,a1a2an]I=\left[0, a_{1} a_{2} \cdots a_{n}\right] 上,标记所有至少能被 a1,,ana_{1}, \ldots, a_{n} 之一整除的整数。这些点将 II 分成许多较小的部分。证明这些线段长度的平方和能被a1a_{1}整除。 (塞尔维亚)

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。2014 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?