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

2002 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 2002 P1 number-theory

Let SS be a set with 2002 elements, and let NN be an integer with 0N220020 \le N \le 2^{2002}. Prove that it is possible to color every subset of SS either blue or red so that the following conditions hold:

(a) the union of any two red subsets is red;

(b) the union of any two blue subsets is blue;

(c) there are exactly NN red subsets.

SS 为包含2002 个元素的集合,并令NN0N220020 \le N \le 2^{2002} 的整数。证明可以将 SS 的每个子集着色为蓝色或红色,以便满足以下条件:

(a) 任意两个红色子集的并集是红色;

(b) 任意两个蓝色子集的并集是蓝色;

(c) 正好有 NN 个红色子集。

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。2002 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?