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番外 · 闲灯 / Putnam 数学竞赛 / B3 · number-theory

2009 Putnam B3

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/2009.pdf。

Putnam 2009 B3 number-theory

Call a subset SS of {1,2,,n}\{1, 2, \dots, n\} *mediocre* if it has the following property:

Whenever aa and bb are elements of SS whose average is an integer, that average is also

an element of SS. Let A(n)A(n) be the number of mediocre subsets of {1,2,,n}\{1,2,\dots,n\}.

[For instance, every subset of {1,2,3}\{1,2,3\} except {1,3}\{1,3\} is mediocre, so A(3)=7A(3) =7.]

Find all positive integers nn such that A(n+2)2A(n+1)+A(n)=1A(n+2) - 2A(n+1) + A(n) = 1.

如果 {1,2,,n}\{1, 2, \dots, n\} *mediocre* 的子集 SS 具有以下属性,则称其为 SS

每当 aabbSS 的元素且其平均值为整数时,该平均值也是

SS 的一个元素。令 A(n)A(n){1,2,,n}\{1,2,\dots,n\} 的平庸子集的数量。

[例如,{1,2,3}\{1,2,3\} 中除 {1,3}\{1,3\} 之外的每个子集都是平庸的,因此 A(3)=7A(3) =7。]

找到所有满足 A(n+2)2A(n+1)+A(n)=1A(n+2) - 2A(n+1) + A(n) = 1 的正整数 nn

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。2009 年 Putnam B3 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?