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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / N5 · number-theory

2022 IMO Shortlist N5

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 N5 number-theory

For each 1i91 \leq i \leq 9 and TNT \in \mathbb{N}, define di(T)d_{i}(T) to be the total number of times the digit ii appears when all the multiples of 1829 between 1 and TT inclusive are written out in base 10. Show that there are infinitely many TNT \in \mathbb{N} such that there are precisely two distinct values among d1(T),d2(T),,d9(T)d_{1}(T), d_{2}(T), \ldots, d_{9}(T). (United Kingdom)

对于每个 1i91 \leq i \leq 9TNT \in \mathbb{N},将 di(T)d_{i}(T) 定义为当 1 到 TT 之间的所有 1829 的倍数以 10 为基数写出时,数字 ii 出现的总次数。表明存在无限多个 TNT \in \mathbb{N},使得其中恰好有两个不同的值d1(T)d2(T)d9(T)d_{1}(T)、d_{2}(T)、\ldots、d_{9}(T)。 (英国)

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。2022 年 IMO Shortlist N5 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?