徐辰也没有多问,平静地拉过一张椅子,在陈嘉平的办公桌对面坐下,拧开笔帽,开始思考。
第一题:【求所有的素数p和正整数n,使得 n2+ p - 1整除 n3+ p3。】
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典型的整除与不定方程结合。常规思路是利用同馀性质,模p或者模n进行试探,又或者试图通过假设p的奇偶性来分类讨论。
但这两种方法犹如盲人摸象,不仅计算量庞大,而且极易陷入死胡同。
徐辰的笔尖在草稿纸上悬停了半秒,大脑已经开始了高速运转。
问题的核心,在于左边的二次式 n2 和右边的三次式 n3 阶数不匹配,且 n 与 p 纠缠不清。想要建立整除关系,必须想办法「降次」并「剥离变量」。
徐辰思考着:直接做多项式除法吗?会产生分式,不够优雅。那就……主动构造一个中间项,把 n3 强行消掉!
这个念头如同一道闪电,数学天赋带给他超强的解题直觉!
他落笔了。
陈嘉平在一旁屏息凝神,他看到徐辰没有像普通竞赛生那样去穷举 p = 2, 3, 5,而是直接在草稿纸上写下了一行让他瞳孔骤缩的算式:
n(n2 + p - 1) = n3 + np - n
陈嘉平眉头紧锁,构造这个有什麽用?
紧接着,徐辰写下了堪称「神之一手」的变形!
(n3 + p3) - n(n2 + p - 1) = p3 - n(p - 1)
看到这一步,陈嘉平的呼吸瞬间停滞了!
他明白了!他彻底明白了!
因为 n2 + p - 1 整除 n3 + p3,而它显然也整除 n 倍的自己。两式相减,原先复杂的整除关系,瞬间坍缩成了:
n2 + p - 1 │ p3 - n(p - 1)
这一刀,直接切断了 n 的高次项干扰,将一个混沌的三次方程,降维打击成了一个关于 p 的约束分析!
一个CMO级别的难题,被这匪夷所思的一步,直接简化成了纯粹的代数讨论!
徐辰的手速没有丝毫减慢。
「若右边为0,则 p3 = n(p - 1)。因 p 为质数,gcd(p, p - 1) = 1,故 p - 1 = 1,得 p = 2, n = 8。」
「若右边不为0,利用绝对值不等式放缩……」
草稿纸上沙沙作响,另外两组解 (3, 1) 和 (3, 4) 如同瓮中之鳖,被精准地抓了出来。
徐辰从落笔到写完三组答案,全程不到三分钟。他没有用任何晦涩的数论定理,仅仅用了一步极其精准的代数构造,就将这道国家集训队难度的「拦路虎」斩于马下!
陈嘉平感觉自己的后背已经渗出了冷汗。
徐辰的天赋比他想像的还要夸张!
……
第二题:【设 a, b, c为正实数,求(a+b+c)(1/a + 1/b + 1/c)的最小值。】
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