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番外 · 闲灯 / Putnam 数学竞赛 / B5 · number-theory

2023 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/2023.pdf。

Putnam 2023 B5 number-theory

Determine which positive integers nn have the following property:

For all integers mm that are relatively prime to nn, there exists a permutation π:{1,2,,n}{1,2,,n}\pi: \{1,2,\dots,n\} \to \{1,2,\dots,n\} such that π(π(k))mk(modn)\pi(\pi(k)) \equiv mk \pmod{n} for all k{1,2,,n}k \in \{1,2,\dots,n\}.

确定哪些正整数 nn 具有以下属性:

对于与 nn 互质的所有整数 mm,存在一个排列 π:{1,2,,n} 到{1,2,,n}\pi: \{1,2,\dots,n\} \ 到 \{1,2,\dots,n\},使得 π(π(k))mk(modn)\pi(\pi(k)) \equiv mk \pmod{n} 对于 \{1,2,\dots,n\}中的所有中的所有k \。

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。2023 年 Putnam B5 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?