MATHEMATICAL OLYMPIAD ARCHIVE

JMO 2015
問題 3

DIFFICULTY3
JMO 2015 問題3の日本語問題文

PROBLEM WORKSPACE

ヒント

PUBLIC
ヒント 1

a2n+2,a2na_{2n+2},a_{2n} の間隔は an,an+1a_n,a_{n+1} のそれの 22 倍です.

略解

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  • (1)
    数列 {bn}\{b_n\} を bn=an+1−anb_n=a_{n+1}-a_n によって定め,n=cn=c のときに最小値 bc=db_c=d を取るとする.
    このとき b2c+b2c+1=a2c+2−a2c=2bc=2db_{2c}+b_{2c+1}=a_{2c+2}-a_{2c}=2b_c=2d より b2c=b2c+1=db_{2c}=b_{2c+1}=d を得る.これを繰り返せば bx=bx+1=⋯=bx+p−1=db_{x}=b_{x+1}=\dots=b_{x+p-1}=d なる xx の存在が言え,この xx を用いれば

    ax+i=ax+id(i=0,1,2,…,p−1)a_{x+i}=a_x+id\quad (i=0,1,2,\dots,p-1)

    が成り立つ.d=a1<pd=a_1\lt p より d,pd,p は互いに素なので ax,ax+1,…,ax+p−1a_{x},a_{x+1},\dots,a_{x+p-1} のいずれかは pp の倍数である.よって示された.

  • (2)
    a1=p+1,a2n=2an,a2n+1=2an+pa_1=p+1,a_{2n}=2a_n,a_{2n+1}=2a_n+p で定めればこの数列は an<an+1a_n\lt a_{n+1} かつ p∤anp\nmid a_n が成り立つ.

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