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番外 · 闲灯 / 美国数学奥林匹克 / P4 · number-theory

2011 USAMO 第 4 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 2011 P4 number-theory

Consider the assertion that for each positive integer n2n \ge 2, the remainder upon dividing 22n2^{2^n} by 2n12^n-1 is a power of 4. Either prove the assertion or find (with proof) a counter-example.

考虑这样的断言:对于每个正整数 n2n \ge 222n2^{2^n} 除以 2n12^n-1 的余数是 4 的幂。要么证明该断言,要么找到(带证明)反例。

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。2011 年 USAMO P4 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?