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番外 · 闲灯 / 美国数学奥林匹克 / P5 · number-theory

2025 USAMO 第 5 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 2025 P5 number-theory

Determine, with proof, all positive integers kk such that

1n+1i=0n(ni)k\frac{1}{n+1} \sum_{i=0}^n \binom{n}{i}^k

is an integer for every positive integer n.n.

通过证明确定所有正整数 kk 使得

1n+1i=0n(ni)k\frac{1}{n+1} \sum_{i=0}^n \binom{n}{i}^k

是每个正整数 n.n. 的整数

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。2025 年 USAMO P5 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?