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

2020 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 2020 P3 number-theory

Let pp be an odd prime. An integer xx is called a quadratic non-residue if pp does not divide xt2x - t^2 for any integer tt.

Denote by AA the set of all integers aa such that 1a<p1 \le a < p, and both aa and 4a4 - a are quadratic non-residues. Calculate the remainder when the product of the elements of AA is divided by pp.

pp 为奇素数。如果对于任何整数 ttpp 不能整除 xt2x - t^2,则整数 xx 称为二次非余数。

AA 表示所有整数 aa 的集合,使得 1a<p1 \le a < p,并且 aa4a4 - a 都是二次非余数。计算AA的元素的乘积除以pp时的余数。

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。2020 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?