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番外 · 闲灯 / Putnam 数学竞赛 / A6 · number-theory

1991 Putnam A6

题面据 Putnam 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。 PDF:https://kskedlaya.org/putnam-archive/1991.pdf。

Putnam 1991 A6 number-theory

Let A(n)A(n) denote the number of sums of positive integers
a1+a2+⋯+ara_1 + a_2 + \cdots + a_r
which add up to nn with
\begin{gather*}
a_1 > a_2 + a_3, a_2 > a_3 + a_4, \ldots, \\
a_{r-2} > a_{r-1} + a_r, a_{r-1} > a_r.
\end{gather*}
Let B(n)B(n) denote the number of b1+b2+⋯+bsb_1 + b_2 + \cdots + b_s which add up
to nn, with

\item b1≥b2≥⋯≥bs,b_1 \geq b_2 \geq \dots \geq b_s,
\item each bib_i is in the sequence 1,2,4,…,gj,…1, 2, 4, \dots, g_j, \dots
defined by g1=1g_1 = 1, g2=2g_2 = 2, and gj=gj−1+gj−2+1,g_j = g_{j-1} + g_{j-2} + 1, and
\item if b1=gkb_1 = g_k then every element in {1,2,4,…,gk}\{1, 2, 4, \dots, g_k\}
appears at least once as a bib_i.

Prove that A(n)=B(n)A(n) = B(n) for each n≥1n \geq 1.

(For example, A(7)=5A(7) = 5 because the relevant sums are $7, 6+1, 5+2, 4+3,

4+2+1,andandB(7) = 5becausetherelevantsumsarebecause the relevant sums are4+2+1, 2+2+2+1,

2+2+1+1+1, 2+1+1+1+1+1, 1+1+1+1+1+1+1.$)

令 A(n)A(n) 表示正整数的和的数量

$$

a_1 + a_2 + \cdots + a_r

$$

总计为 nn

\开始{收集*}

a_1 > a_2 + a_3, a_2 > a_3 + a_4, \ldots, \\

a_{r-2} > a_{r-1} + a_r, a_{r-1} > a_r。

\结束{聚集*}

设 B(n)B(n) 表示 b1+b2+⋯+bsb_1 + b_2 + \cdots + b_s 加起来的数量

到 nn,其中

\item b1≥b2≥⋯≥bs,b_1 \geq b_2 \geq \dots \geq b_s,

\item 每个 bib_i 都在序列 1,2,4,…,gj,…1, 2, 4, \dots, g_j, \dots 中

由 g1=1g_1 = 1、g2=2g_2 = 2 和 gj=gj−1+gj−2+1,g_j = g_{j-1} + g_{j-2} + 1, 定义

\item 如果 b1=gkb_1 = g_k 则 {1,2,4,…,gk}\{1, 2, 4, \dots, g_k\} 中的每个元素

作为 bib_i 至少出现一次。

证明对于每个 n≥1n \geq 1,A(n)=B(n)A(n) = B(n)。

(例如,A(7)=5A(7) = 5,因为相关总和为 $7、6+1、5+2、4+3,

4+2+1,和和B(7) = 5因为相关总和是因为相关总和是4+2+1, 2+2+2+1,

2+2+1+1+1, 2+1+1+1+1+1, 1+1+1+1+1+1+1.$)

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。1991 年 Putnam A6 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?