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番外 · 闲灯 / Putnam 数学竞赛 / A4 · number-theory

1994 Putnam A4

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/1994.pdf。

Putnam 1994 A4 number-theory

Let AA and BB be 2×22 \times 2 matrices with integer entries such

that A,A+B,A+2B,A+3BA, A+B, A+2B, A+3B, and A+4BA+4B are all invertible matrices whose

inverses have integer entries. Show that A+5BA+5B is invertible and that

its inverse has integer entries.

AABB2×22 \times 2 矩阵,其中包含整数项,例如

AA+BA+2BA+3BA、A+B、A+2B、A+3BA+4BA+4B 都是可逆矩阵,其

逆有整数项。证明 A+5BA+5B 是可逆的并且

它的逆元有整数项。

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。1994 年 Putnam A4 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?