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

1995 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 1995 P1 number-theory

Let p\, p \, be an odd prime. The sequence (an)n0(a_n)_{n \geq 0} is defined as follows: a0=0,\, a_0 = 0, a1=1,,ap2=p2a_1 = 1, \, \ldots, \, a_{p-2} = p-2 \, and, for all np1,\, n \geq p-1, \, an\, a_n \, is the least positive integer that does not form an arithmetic sequence of length p\, p \, with any of the preceding terms. Prove that, for all n,\, n, \, an\, a_n \, is the number obtained by writing n\, n \, in base p1\, p-1 \, and reading the result in base p\, p.

p\, p \, 为奇素数。序列 (an)n0(a_n)_{n \geq 0} 定义如下: a0=0,\, a_0 = 0, a1=1,,ap2=p2a_1 = 1, \, \ldots, \, a_{p-2} = p-2 \, 并且,对于所有 np1,\, n \geq p-1, \, an\, a_n \, 是不与任何以下项形成长度为 p\, p \, 的算术序列的最小正整数前面的条款。证明,对于所有n,\, n, \, an\, a_n \, 是将n\, n \, 写入基数p1\, p-1 \, 并读取基数p\, p 得到的数。

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。1995 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?