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第9章 通往大学的高速公路(1 / 2)

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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。】

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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。】

一道看似人畜无害,实则暗藏杀机的不等式题。

此刻徐辰的内心:哦?这个有意思了。出题人在这里挖了一个巨大的陷阱,专门坑那些只会死记硬背公式的学生。

这个陷阱就是,很多学生会想当然地分别使用均值不等式:a+b+c≥3?(abc)1/a+1/b+1/c≥3?(1/abc)然后将两式相乘,得到原式≥9。

看似没错,但乘法是有风险的。这种做法的漏洞在于,它默认了两个不等式可以同时取等。虽然这道题恰好可以,但这种解法在逻辑上是不严谨的。

徐辰想的没错,实际上这种做法在竞赛中会被扣分甚至判零分。

徐辰当然不屑于走这种钢丝。

他同样也懒得用竞赛生必备的「柯西-施瓦茨不等式」,那就像用一把精密的钥匙开锁,虽然高效,但不够「暴力」,不够「美」。

他选择了最原始,也最能体现问题本质的方法——展开!

大道至简,返璞归真!

他直接将原式展开:

原式=1+a/b+a/c+b/a+1+b/c+c/a+c/b+1

=3+(a/b+b/a)+(a/c+c/a)+(b/c+c/b)

看到这一步,陈嘉平的眼睛都直了!他本以为这是最笨拙的「土办法」,但接下来的一幕,让他彻底颠覆了认知。

只见徐辰在括号下轻轻标注:根据基本不等式x+1/x≥2(当x>0)

所以:

a/b+b/a≥2

a/c+c/a≥2

b/c+c/b≥2

ℬ  𝑄  ℊe 9.  𝒞o  𝙈

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