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

2022 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 2022 N3 number-theory

Let a>1a>1 be a positive integer, and let d>1d>1 be a positive integer coprime to aa. Let x1=1x_{1}=1 and, for k1k \geq 1, define xk+1={xk+d if a doesn’t divide xkxk/a if a divides xkx_{k+1}= \begin{cases}x_{k}+d & \text { if } a \text { doesn't divide } x_{k} \\ x_{k} / a & \text { if } a \text { divides } x_{k}\end{cases} Find the greatest positive integer nn for which there exists an index kk such that xkx_{k} is divisible by ana^{n}. (Croatia)

a>1a>1 为正整数,并令d>1d>1 为与aa 互质的正整数。令 x1=1x_{1}=1 且对于 k1k \geq 1,定义 xk+1={xk+d if a 不除 xkxk/a if a 除 xkx_{k+1}= \begin{cases}x_{k}+d & \text { if } a \text { 不除 } x_{k} \\ x_{k} / a & \text { if } a \text { 除 } x_{k}\end{cases} 找到最大正整数 nn存在一个索引 kk,使得 xkx_{k} 可以被 ana^{n} 整除。 (克罗地亚)

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。2022 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?