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番外 · 闲灯 / 美国数学奥林匹克 / P3 · number-theory

2003 USAMO 第 3 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 2003 P3 number-theory

Let n0n \neq 0. For every sequence of integers

A=a0,a1,a2,,anA = a_0,a_1,a_2,\dots, a_n

satisfying 0aii0 \le a_i \le i, for i=0,,ni=0,\dots,n, define another sequence

t(A)=t(a0),t(a1),t(a2),,t(an)t(A)= t(a_0), t(a_1), t(a_2), \dots, t(a_n)

by setting t(ai)t(a_i) to be the number of terms in the sequence AA that precede the term aia_i and are different from aia_i. Show that, starting from any sequence AA as above, fewer than nn applications of the transformation tt lead to a sequence BB such that t(B)=Bt(B) = B.

n0n \neq 0。对于每个整数序列

$$

A = a_0,a_1,a_2,\点, a_n

$$

满足0aii0 \le a_i \le i,对于i=0,,ni=0,\dots,n,定义另一个序列

t(A)=t(a0),t(a1),t(a2),,t(an)t(A)= t(a_0), t(a_1), t(a_2), \dots, t(a_n)

通过将 t(ai)t(a_i) 设置为序列 AA 中位于项 aia_i 之前且与 aia_i 不同的项数。证明,从上述任何序列 AA 开始,少于 nn 个变换 tt 的应用会导致序列 BB 使得 t(B)=Bt(B) = B

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。2003 年 USAMO P3 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?