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/2024.pdf。
Let be a positive integer. Set . For , choose an integer uniformly at random from the set , and let
$$
a_{n,k+1} = \begin{cases} a_{n,k} + 1, & \mbox{if } \\
a_{n,k}, & \mbox{if ;} \\
a_{n,k}-1, & \mbox{if .}
\end{cases}
$$
Let be the expected value of . Determine .
令 为正整数。设置 。对于 ,从集合 中均匀随机选择一个整数 ,并让
$$
a_{n,k+1} = \begin{cases} a_{n,k} + 1, & \mbox{if } \\
a_{n,k}, & \mbox{如果 ;} \\
a_{n,k}-1, & \mbox{如果 .}
\结束{案例}
$$
令 为 的期望值。确定 。
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。2024 年 Putnam B4 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?