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2016 Putnam A5

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/2016.pdf。

Putnam 2016 A5 algebra

Suppose that GG is a finite group generated by the two elements gg and hh, where the order of gg is odd. Show that every element of GG can be written in the form
gm1hn1gm2hn2gmrhnrg^{m_1} h^{n_1} g^{m_2} h^{n_2} \cdots g^{m_r} h^{n_r}
with 1rG1 \leq r \leq |G| and m1,n1,m2,n2,,mr,nr{1,1}m_1, n_1, m_2, n_2, \ldots, m_r, n_r \in \{-1, 1\}.
(Here G|G| is the number of elements of GG.)

\,

假设GG是由gghh两个元素生成的有限群,其中gg的阶数为奇数。表明 GG 的每个元素都可以写成以下形式

$$

g^{m_1} h^{n_1} g^{m_2} h^{n_2} \cdots g^{m_r} h^{n_r}

$$

1rG1 \leq r \leq |G|m1,n1,m2,n2,,mr,nr{1,1}m_1, n_1, m_2, n_2, \ldots, m_r, n_r \in \{-1, 1\}

(这里G|G|GG的元素数量。)

\,

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。2016 年 Putnam A5 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?