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番外 · 闲灯 / Putnam 数学竞赛 / A5 · number-theory

2021 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/2021.pdf。

Putnam 2021 A5 number-theory

Let AA be the set of all integers nn such that 1n20211 \leq n \leq 2021 and gcd(n,2021)=1\gcd(n, 2021) = 1.

For every nonnegative integer jj, let

$$

S(j) = \sum_{n \in A} n^j.

$$

Determine all values of jj such that S(j)S(j) is a multiple of 2021.

AA 为所有整数 nn 的集合,使得 1n20211 \leq n \leq 2021gcd(n,2021)=1\gcd(n, 2021) = 1

对于每个非负整数 jj,让

$$

S(j) = \sum_{n \in A} n^j。

$$

确定 jj 的所有值,使得 S(j)S(j) 是 2021 的倍数。

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。2021 年 Putnam A5 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?