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

2017 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 2017 N6 number-theory

Find the smallest positive integer nn, or show that no such nn exists, with the following property: there are infinitely many distinct nn-tuples of positive rational numbers ( a1,a2,,ana_{1}, a_{2}, \ldots, a_{n} ) such that both a1+a2++an and 1a1+1a2++1ana_{1}+a_{2}+\cdots+a_{n} \quad \text { and } \quad \frac{1}{a_{1}}+\frac{1}{a_{2}}+\cdots+\frac{1}{a_{n}} are integers. (Singapore)

找到最小的正整数 nn,或表明不存在这样的 nn,具有以下属性:存在无限多个不同的正有理数 nn 元组 ( a1,a2,,ana_{1}, a_{2}, \ldots, a_{n} ),使得 a1+a2++an 和 1a1+1a2++1ana_{1}+a_{2}+\cdots+a_{n} \quad \text { 和 } \quad \frac{1}{a_{1}}+\frac{1}{a_{2}}+\cdots+\frac{1}{a_{n}} 是整数。 (新加坡)

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。2017 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?