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番外 · 闲灯 / 美国数学奥林匹克 / P1 · number-theory

1975 USAMO 第 1 题

题面据 USAMO 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。

USAMO 1975 P1 number-theory

(a) Prove that

[5x]+[5y][3x+y]+[3y+x],[5x]+[5y]\ge [3x+y]+[3y+x],

where x,y0x,y\ge 0 and [u][u] denotes the greatest integer u\le u (e.g., [2]=1[\sqrt{2}]=1).

(b) Using (a) or otherwise, prove that

(5m)!(5n)!m!n!(3m+n)!(3n+m)!\frac{(5m)!(5n)!}{m!n!(3m+n)!(3n+m)!}

is integral for all positive integral mm and nn.

(a) 证明

[5x]+[5y][3x+y]+[3y+x],[5x]+[5y]\ge [3x+y]+[3y+x],

其中 x,y0x,y\ge 0[u][u] 表示最大整数 u\le u(例如,[2]=1[\sqrt{2}]=1)。

(b) 使用(a)或其他方式,证明

(5m)!(5n)!m!n!(3m+n)!(3n+m)!\frac{(5m)!(5n)!}{m!n!(3m+n)!(3n+m)!}

是所有正积分 mmnn 的积分。

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。1975 年 USAMO P1 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?