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

2012 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 2012 P4 number-theory

Find all functions f:Z+Z+f : \mathbb{Z}^+ \to \mathbb{Z}^+ (where Z+\mathbb{Z}^+ is the set of positive integers) such that f(n!)=f(n)!f(n!) = f(n)! for all positive integers nn and such that mnm - n divides f(m)f(n)f(m) - f(n) for all distinct positive integers mm, nn.

查找所有函数 f:Z+Z+f : \mathbb{Z}^+ \to \mathbb{Z}^+ (其中 Z+\mathbb{Z}^+ 是正整数集合),使得对于所有正整数 nn 来说 f(n!)=f(n)!f(n!) = f(n)! ,并且对于所有不同的正整数 mmnn 来说 mnm - n 除以 f(m)f(n)f(m) - f(n)

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。2012 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?