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番外 · 闲灯 / Putnam 数学竞赛 / B5 · number-theory

2007 Putnam B5

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/2007.pdf。

Putnam 2007 B5 number-theory

Let kk be a positive integer. Prove that there exist polynomials

P0(n),P1(n),,Pk1(n)P_0(n), P_1(n), \dots, P_{k-1}(n) (which may depend on kk) such that

for any integer nn,

$$

\left\lfloor \frac{n}{k} \right\rfloor^k = P_0(n) + P_1(n) \left\lfloor

\frac{n}{k} \right\rfloor + \cdots + P_{k-1}(n) \left\lfloor \frac{n}{k}

\right\rfloor^{k-1}.

$$

(a\lfloor a \rfloor means the largest integer a\leq a.)

kk 为正整数。证明多项式存在

P0(n),P1(n),,Pk1(n)P_0(n), P_1(n), \dots, P_{k-1}(n) (可能取决于 kk),使得

对于任意整数nn

$$

\left\lfloor \frac{n}{k} \right\rfloor^k = P_0(n) + P_1(n) \left\lfloor

\frac{n}{k} \right\rfloor + \cdots + P_{k-1}(n) \left\lfloor \frac{n}{k}

\right\rfloor^{k-1}。

$$

(a\lfloor a \rfloor 表示最大整数 a\leq a。)

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。2007 年 Putnam B5 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?