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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / A2 · algebra

2021 IMO Shortlist A2

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 2021 A2 algebra

For every integer n1n \geq 1 consider the n×nn \times n table with entry ijn+1\left\lfloor\frac{i j}{n+1}\right\rfloor at the intersection of row ii and column jj, for every i=1,,ni=1, \ldots, n and j=1,,nj=1, \ldots, n. Determine all integers n1n \geq 1 for which the sum of the n2n^{2} entries in the table is equal to 14n2(n1)\frac{1}{4} n^{2}(n-1).

对于每个整数 n1n \geq 1,考虑 n×nn \times n 表,其中条目 ijn+1\left\lfloor\frac{i j}{n+1}\right\rfloor 位于行 ii 和列 jj 的交集处,对于每个 i=1,,ni=1, \ldots, nj=1,,nj=1, \ldots, n。确定表中 n2n^{2} 条目之和等于 14n2(n1)\frac{1}{4} n^{2}(n-1) 的所有整数 n1n \geq 1

提示 1

先把题面里的关系改写成一个干净的代数对象。

提示 2

寻找不变量、对称式或一个可以降次数的替换。

提示 3

最后用判别式、因式分解、单调性或构造把所有可能排完。

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。2021 年 IMO Shortlist A2 可先归入代数: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?