2004 AIME I 第 15 题
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15.
对所有正整数 ,定义 并按如下方式定义一个数列:,且 对所有正整数 成立。令 为最小正整数 ,使 。(例如,,。)设 为正整数 中满足 的个数。求 的不同质因数之和。
For all positive integers let and define a sequence as follows: and for all positive integers Let be the smallest such that (For example, and ) Let be the number of positive integers such that Find the sum of the distinct prime factors of
小提示:
从 倒推:每个 都有原像 ,另外还有 ,除非 以 结尾或
Work backwards from each has preimages and unless ends in or
大提示:
如果每个顶点都有两个子节点,原像树第 列会有 个数;每遇到一个只有一个子节点的顶点,就减去 ,其中该顶点位于第 列
Column of the preimage tree would have numbers if every vertex had two children; subtract for each one-child vertex in column
解答:
倒推:若 ,则 (总是可以);还可能有 ,前提是 不是 的倍数且 ,即 不以 结尾且 。因此满足 的整数构成树的第 列,而这棵树以 为根:前几列为 、、、,并且除 和以 结尾的顶点以外,每个顶点都有两个子节点;那些例外只有子节点 。
找出这些只有一个子节点的顶点。因为 ,顶点 位于第 列。以 结尾的顶点可通过反复减去 到达,起点是以 结尾的顶点,共减九次。因此这类顶点要再过 列才出现;作为起点的是 的倍数。第 到第 列完全翻倍(那之前没有只有一个子节点的顶点),所以第 列有 个顶点,其中 的倍数,也就是子节点 ,来自第 列,共有 个。因此对 ,第 列含有 个以 结尾的顶点(第 列没有,因为其中涉及的 的倍数来自第 列,也就是 本身;它的后代 被排除,而这个排除正好就是 缺少的那个子节点)。
第 列中一个只有一个子节点的顶点,会去掉 个潜在顶点;原本共有 个,位于第 列。因此 因为 是质数, 的不同质因数之和为 。
Work backwards: for (always) and for (provided is not a multiple of and i.e. does not end in and ). So the integers with form column of a tree rooted at the columns begin and every vertex has two children except and the vertices ending in which have only the child
Locate those one-child vertices. Since the vertex sits in column A vertex ending in is reached by subtracting nine times from a vertex ending in so such vertices sit columns after the multiples of in the tree. Columns through double perfectly (no one-child vertices occur that early), so column has vertices, of which the multiples of — the children of column — number Hence for column contains vertices ending in (column has none, because the multiple of in column is itself, whose descendant is excluded — that exclusion is exactly the missing child of ).
A one-child vertex in column removes of the potential vertices from column Therefore Since is prime, the sum of the distinct prime factors of is
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