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

2019 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 2019 P1 number-theory

Let N\mathbb{N} be the set of positive integers. A function f:NNf:\mathbb{N}\to\mathbb{N} satisfies the equation

f(f(ff(n) times(n)))=n2f(f(n))\underbrace{f(f(\ldots f}_{f(n)\text{ times}}(n)\ldots))=\frac{n^2}{f(f(n))}

for all positive integers nn. Given this information, determine all possible values of f(1000)f(1000).

N\mathbb{N} 为正整数集合。函数 f:NNf:\mathbb{N}\to\mathbb{N} 满足方程

$$

\underbrace{f(f(\ldots f}_{f(n)\text{ 次}}(n)\ldots))=\frac{n^2}{f(f(n))}

$$

对于所有正整数 nn。根据此信息,确定 f(1000)f(1000) 的所有可能值。

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。2019 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?