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番外 · 闲灯 / Putnam 数学竞赛 / A2 · number-theory

2017 Putnam A2

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/2017.pdf。

Putnam 2017 A2 number-theory

Let Q0(x)=1Q_0(x) = 1, Q1(x)=xQ_1(x) = x, and

$$

Q_n(x) = \frac{(Q_{n-1}(x))^2 - 1}{Q_{n-2}(x)}

$$

for all n2n \geq 2. Show that, whenever nn is a positive integer, Qn(x)Q_n(x) is equal to a polynomial with integer coefficients.

Q0(x)=1Q_0(x) = 1, Q1(x)=xQ_1(x) = x, 并且

$$

Q_n(x) = \frac{(Q_{n-1}(x))^2 - 1}{Q_{n-2}(x)}

$$

对于所有 n2n \geq 2。证明,只要 nn 是正整数,Qn(x)Q_n(x) 就等于具有整数系数的多项式。

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。2017 年 Putnam A2 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?