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番外 · 闲灯 / Putnam 数学竞赛 / A6 · number-theory

2022 Putnam A6

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/2022.pdf。

Putnam 2022 A6 number-theory

Let nn be a positive integer. Determine, in terms of nn, the largest integer mm with the following property: There exist real numbers x1,,x2nx_1,\dots,x_{2n} with 1<x1<x2<<x2n<1-1 < x_1 < x_2 < \cdots < x_{2n} < 1 such that the sum of the lengths of the nn intervals

$$

[x_1^{2k-1}, x_2^{2k-1}], [x_3^{2k-1},x_4^{2k-1}], \dots, [x_{2n-1}^{2k-1}, x_{2n}^{2k-1}]

$$

is equal to 1 for all integers kk with 1km1 \leq k \leq m.

nn 为正整数。以 nn 为单位,确定具有以下属性的最大整数 mm:存在实数 x1,,x2nx_1,\dots,x_{2n}1<x1<x2<<x2n<1-1 < x_1 < x_2 < \cdots < x_{2n} < 1,使得 nn 区间的长度之和

$$

[x_1^{2k-1}、x_2^{2k-1}]、[x_3^{2k-1}、x_4^{2k-1}]、\dots、[x_{2n-1}^{2k-1}、x_{2n}^{2k-1}]

$$

对于所有整数 kk1km1 \leq k \leq m 都等于 1。

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。2022 年 Putnam A6 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?