2026 AIME II 第 15 题
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15.
求满足下列性质的有序 元组 的个数:
• 对所有 都有 。
• 是 的倍数。
• 是 的倍数。
Find the number of ordered -tuples having the following properties:
• for all
• is a multiple of
• is a multiple of
小提示:
在模 下工作,其中 、。七个指标三元组 构成一个 Fano 平面:每一对位置恰好在一个三元组中。
Work modulo with and The seven index triples form a Fano plane: every pair of positions lies in exactly one triple.
大提示:
按取值为 的位置集合 分类:一个乘积只有在它的三元组避开 时才保留下来,且每个保留下来的乘积按其三元组中 的个数贡献 。
Classify by the set of positions holding a a product survives only if its triple misses and each surviving product is according to how many ’s its triple holds.
解答:
在模 下工作:取值 为 ,取值 为 。因为 的差覆盖模 的每个非零剩余类恰好一次,七个三元组 是位置集合上的 Fano 平面的直线:每一对位置在恰好一条直线上,任意两条直线恰好交于一点。设 为取值为 的位置集合,。一个乘积项保留下来当且仅当它对应的直线避开 。若 是该直线上取值为 的项数,它的贡献就是 ;线性条件则限制其余 个 的和模 等于 。
对 分类。:全为 的元组可行,得 个。:单个 不可能和为 ,没有解。:没有直线保留下来;两个非零项必须一个为 、一个为 ,有 个。:三个 和为 只有全相同,且三个非零位置不能成一条直线,否则其乘积为 ,所以有 个。:四个 必须二二分开;若 不是一条直线,则恰有一条直线避开它(破坏乘积和),而若 是一条直线,则没有直线避开它,得到 个。:五个 必须四个同号、一个异号;恰有两条直线避开 ,它们交于点 并覆盖五个位置,其乘积相消当且仅当唯一的少数值不在 上,所以有 个。:六个 和为 时要么全相同,要么正负各三个;避开 的四条直线两两交于六个非零位置,且四个直线乘积之积为 ,因此需要恰好两条负直线。全相同时有 或 条负直线;若有三个 ,把位置看作这四条直线形成的 的边,一条直线为负当且仅当它在所选 条边中度数为奇;在 个三边子集中,恰有 条三边路径给出两个奇度数,所以有 个。:七个 需要两个或五个 ,它们分别产生 或 条负直线,但 需要 ,没有解。
总数为 。
Work modulo entries are and entries are Because the differences of hit every nonzero residue mod exactly once, the seven triples are the lines of a Fano plane on the positions: every pair of positions lies on exactly one line, and any two lines meet in exactly one point. Let be the set of positions holding a and A product term survives exactly when its line avoids If is the number of entries equal to on that line, its contribution is and the linear condition constrains the values to sum to mod
Casework on the all-s tuple works: a single can’t sum to none. no line survives; the two nonzero entries must be a and a three s sum to only if all equal, and the three nonzero positions must not form a line, else its product is four s must split two and two; exactly one line avoids a non-line (spoiling the sum), while a line is avoided by no line: five s must go four and one; exactly two lines avoid meeting at a point and covering the five positions, and their products cancel exactly when the lone minority value avoids six s sum to if all equal or three of each; the four lines avoiding pairwise meet in the six nonzero positions, and since the product of all four line-products is we need exactly two negative lines. All-equal gives or negative lines; for three ’s, viewing positions as edges of on the four lines, a line is negative exactly when it has odd degree in the chosen -edge set, and exactly the three-edge paths (of the subsets) give two odd degrees: seven s need two or five ’s, which make or lines negative respectively, but needs none.
The total is
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