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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / N3 · number-theory

2019 IMO Shortlist N3

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 2019 N3 number-theory

We say that a set SS of integers is rootiful if, for any positive integer nn and any a0,a1,,anSa_{0}, a_{1}, \ldots, a_{n} \in S, all integer roots of the polynomial a0+a1x++anxna_{0}+a_{1} x+\cdots+a_{n} x^{n} are also in SS. Find all rootiful sets of integers that contain all numbers of the form 2a2b2^{a}-2^{b} for positive integers aa and bb. (Czech Republic)

如果对于任何正整数 nn 和任何 a0,a1,,anSa_{0}, a_{1}, \ldots, a_{n} \in S,多项式 a0+a1x++anxna_{0}+a_{1} x+\cdots+a_{n} x^{n} 的所有整数根也在 SS 中,则我们说整数集合 SS 是有根的。对于正整数 aabb,查找包含 2a2b2^{a}-2^{b} 形式的所有数字的所有整数根集。 (捷克共和国)

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。2019 年 IMO Shortlist N3 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?