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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。
】
典型的整除与不定方程结合。
常规思路是利用同余性质,模p或者模n进行试探,又或者试图通过假设p的奇偶性来分类討论。
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,在於左边的二次式n2和右边的三次式n3阶数不匹配,且n与p纠缠不清。
想要建立整除关係,必须想办法“降次”
並“剥离变量”
。
徐辰思考著:直接做多项式除法吗?会產生分式,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,构造这个有什么用?
紧接著,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滯了!
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,原先复杂的整除关係,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,將一个混沌的三次方程,降维打击成了一个关於p的约束分析!
一个cmo级別的难题,被这匪夷所思的一步,直接简化成了纯粹的代数討论!
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)如同瓮中之鱉,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,就將这道国家集训队难度的“拦路虎”
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