2024 AIME I 第 13 题
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13.
设 是最小的质数,使得存在整数 ,令 能被 整除。求最小的正整数 ,使得 能被 整除。
Let be the least prime number for which there exists an integer such that is divisible by Find the least positive integer such that is divisible by
小提示:
若 能被 整除,则 在模 下的阶为 ,所以 ;测试最小的这类质数
If is divisible by then has order modulo so test the smallest such prime
大提示:
模 下 的四次方根是 和 ;用一次 Hensel 提升把每个根提升为模 的解,再比较大小
The fourth roots of modulo are and lift each to a solution modulo with a Hensel step and compare
解答:
若 能被 整除,则 且 ,所以 在模 下的阶为 ,从而 是 的倍数(且 不行,因为 )。最小的满足 的质数是 ,而且确实有 。由于导数 在这样的 处不被 整除,每个根都能提升为模 的根,所以 。
模 下 的四次方根是 和 。为了提升 ,设 :模 下,所以需要 ,得到 ,从而 。
同样计算可将 、、 分别提升到 、、,所以最小正整数 为 。确实, 。
If is divisible by then and so has order modulo and is divisible by (and fails since ). The smallest prime is and indeed Because the derivative is not divisible by at such an each root lifts to a root modulo so
The fourth roots of modulo are and To lift set modulo so we need giving and
The same computation lifts and to and respectively, so the least positive is Indeed
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