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番外 · 闲灯 / 美国数学奥林匹克 / P2 · number-theory

2024 USAMO 第 2 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 2024 P2 number-theory

Let S1,S2,,S100S_1, S_2, \ldots, S_{100} be finite sets of integers whose intersection is not empty. For each non-empty T{S1,S2,,S100}T \subseteq\left\{S_1, S_2, \ldots, S_{100}\right\}, the size of the intersection of the sets in TT is a multiple of the number of sets in TT. What is the least possible number of elements that are in at least 50 sets?

S1,S2,,S100S_1, S_2, \ldots, S_{100} 为交集不为空的有限整数集。对于每个非空 T{S1,S2,,S100}T \subseteq\left\{S_1, S_2, \ldots, S_{100}\right\}TT 中集合的交集大小是 TT 中集合数量的倍数。至少 50 个集合中的元素的最少数量是多少?

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。2024 年 USAMO P2 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?