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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / N1 · number-theory

2020 IMO Shortlist N1

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 2020 N1 number-theory

Given a positive integer kk, show that there exists a prime pp such that one can choose distinct integers a1,a2,,ak+3{1,2,,p1}a_{1}, a_{2}, \ldots, a_{k+3} \in\{1,2, \ldots, p-1\} such that pp divides aiai+1ai+2ai+3ia_{i} a_{i+1} a_{i+2} a_{i+3}-i for all i=1,2,,ki=1,2, \ldots, k. (South Africa)

给定一个正整数 kk,证明存在素数 pp,使得可以选择不同的整数 a1,a2,,ak+3{1,2,,p1}a_{1}, a_{2}, \ldots, a_{k+3} \in\{1,2, \ldots, p-1\} 使得 pp 可以除以 aiai+1ai+2ai+3ia_{i} a_{i+1} a_{i+2} a_{i+3}-i 对于所有 i=1,2ki=1,2, \ldots,k。 (南非)

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。2020 年 IMO Shortlist N1 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?