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。
Alice is given a rational number and a line with two points , where point contains a red bead and point contains a blue bead. Alice plays a solitaire game by performing a sequence of moves. In every move, she chooses a (not necessarily positive) integer , and a bead to move. If that bead is placed at point , and the other bead is placed at , then Alice moves the chosen bead to point with . Alice's goal is to move the red bead to the point . Find all rational numbers such that Alice can reach her goal in at most 2021 moves.
给 Alice 一个有理数 和一条有两个点 的直线,其中点 包含一个红色珠子,点 包含一个蓝色珠子。爱丽丝通过执行一系列动作来玩纸牌游戏。在每次移动中,她都会选择一个(不一定是正数)整数 和一个要移动的珠子。如果该珠子放置在点 ,而另一个珠子放置在 ,则 Alice 将所选珠子移动到点 ,其中 。 Alice 的目标是将红珠移动到点 。找到所有有理数 ,使得 Alice 最多可以在 2021 步中达到她的目标。
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。2021 年 IMO Shortlist N4 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?