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

2024 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 2024 P4 number-theory

Let mm and nn be positive integers. A circular necklace contains mnm n beads, each either red or blue. It turned out that no matter how the necklace was cut into mm blocks of nn consecutive beads, each block had a distinct number of red beads. Determine, with proof, all possible values of the ordered pair (m,n)(m, n).

mmnn 为正整数。一条圆形项链包含 mnm n 珠子,每颗珠子都是红色或蓝色。事实证明,无论项链如何被切割成mm块,每块nn个连续的珠子,每块都有不同数量的红色珠子。通过证明确定有序对 (m,n)(m, n) 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。2024 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?