2020 AIME I 第 10 题
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10.
设 和 为满足以下条件的正整数:
• ,
• 是 的倍数,并且
• 不是 的倍数。
求 的最小可能值。
Let and be positive integers satisfying the conditions
•
• is a multiple of and
• is not a multiple of
Find the least possible value of
小提示:
每个整除 的质数都必须整除 ,因此也整除 ,所以 的所有质因数至少为 。
Every prime dividing must divide hence divides — so all prime factors of are at least
大提示:
试 ,并令 且 不是 的倍数;那么 整除 需要 。向上检查 ,再用得到的上界排除更大的不足指数和更大的 。
Try and with not divisible by then dividing needs Scan upward for then use the resulting upper bound to rule out larger deficient exponents and larger
解答:
若质数 整除 ,则 整除 ,而它又整除 ,所以 整除 ,从而 整除 。由于 , 的质因数不能是 、、 或 : 的每个质因数都至少为 。因为 不是 的倍数,某个质数 满足 ,其中 表示 的指数。由于 整除 ,比较 的指数,得 ,所以 。特别地 ,因此 整除 ,并且 。
取 ,对应 、、:此时 是 的倍数但不是 的倍数,并且 。候选 分别给出 、、,都与 有公因数;而 是 的倍数。但 可行: ,所以 整除 ,且 与 互质。
还需证明不存在更小的结果。假设 ,则 。对于上面的不足质数,若 ,就会有 ,所以 且 。于是 ,而 又推出 。在这个范围内,质因数均不小于 且能被某个不小于 的质数平方整除的整数只有 。上面的检查已经穷尽了这个 所对应的每个可能的 ,只要它小于 ,所以最小可能值为 。
If a prime divides then divides which in turn divides so divides and hence divides Since no prime factor of is or every prime factor of is at least Because is not a multiple of some prime has where denotes the exponent of Since divides comparing exponents of gives so In particular so divides and
Take with then is a multiple of but not of and The candidates give all sharing a factor with while is a multiple of But works: so divides and is coprime to
It remains to prove that nothing smaller works. Suppose Then For the deficient prime above, would imply so and Thus and implies The only integer in this range divisible by the square of a prime at least , with no prime factors below is The preceding check exhausts every possible for this below so the least possible value is
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