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番外 · 闲灯 / 美国数学奥林匹克 / P5 · number-theory

2006 USAMO 第 5 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 2006 P5 number-theory

A mathematical frog jumps along the number line. The frog starts at 1, and jumps according to the following rule: if the frog is at integer nn, then it can jump either to n+1n+1 or to n+2mn+1n+2^{m_n+1} where 2mn2^{m_n} is the largest power of 2 that is a factor of nn. Show that if k2k\ge 2 is a positive integer and ii is a nonnegative integer, then the minimum number of jumps needed to reach 2ik2^i k is greater than the minimum number of jumps needed to reach 2i2^i.

一只数学青蛙沿着数轴跳跃。青蛙从 1 开始,并根据以下规则跳跃:如果青蛙位于整数 nn,则它可以跳到 n+1n+1n+2mn+1n+2^{m_n+1},其中 2mn2^{m_n} 是 2 的最大幂,即 nn 的因数。证明如果 k2k\ge 2 是正整数且 ii 是非负整数,则到达 2ik2^i k 所需的最小跳转次数大于到达 2i2^i 所需的最小跳转次数。

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。2006 年 USAMO P5 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?