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2013 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/2013.pdf。

Putnam 2013 B5 algebra

Let X={1,2,,n}X = \{1, 2, \dots, n\}, and let kXk \in X. Show that there are exactly knn1k \cdot n^{n-1} functions f:XXf: X \to X such that for every xXx \in X there is a j0j \geq 0 such that f(j)(x)kf^{(j)}(x) \leq k.

[Here f(j)f^{(j)} denotes the jj\textsuperscript{th} iterate of ff, so that f(0)(x)=xf^{(0)}(x) = x and f(j+1)(x)=f(f(j)(x))f^{(j+1)}(x) = f(f^{(j)}(x)).]

X={1,2,,n}X = \{1, 2, \dots, n\},并设 kXk \in X。证明正好存在 knn1k \cdot n^{n-1} 函数 f:XXf: X \to X,使得对于每个 xXx \in X 都有一个 j0j \geq 0 使得 f(j)(x)kf^{(j)}(x) \leq k

[此处 f(j)f^{(j)} 表示 ff 的第 jj\textsuperscript{th} 次迭代,因此 f(0)(x)=xf^{(0)}(x) = xf(j+1)(x)=f(f(j)(x))f^{(j+1)}(x) = f(f^{(j)}(x))。]

提示 1

先把题面里的关系改写成一个干净的代数对象。

提示 2

寻找不变量、对称式或一个可以降次数的替换。

提示 3

最后用判别式、因式分解、单调性或构造把所有可能排完。

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。2013 年 Putnam B5 可先归入代数: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?