第9章 通往大學的高速公路

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【第9章 通往大學的高速公路】

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徐辰也沒有多問,平靜地拉過一張椅子,在陳嘉平的辦公桌對麵坐下,擰開筆帽,開始思考。

第一題:【求所有的素數p和正整數n,使得 n²+ p - 1整除 n³+ p³。】

典型的整除與不定方程結合。常規思路是利用同餘性質,模p或者模n進行試探,又或者試圖通過假設p的奇偶性來分類討論。

但這兩種方法猶如盲人摸象,不僅計算量龐大,而且極易陷入死胡同。

徐辰的筆尖在草稿紙上懸停了半秒,大腦已經開始了高速運轉。

問題的核心,在於左邊的二次式 n² 和右邊的三次式 n³ 階數不匹配,且 n 與 p 糾纏不清。想要建立整除關係,必須想辦法“降次”並“剝離變量”。

徐辰思考著:直接做多項式除法嗎?會產生分式,不夠優雅。那就……主動構造一個中間項,把 n³ 強行消掉!

這個念頭如同一道閃電,數學天賦帶給他超強的解題直覺!

他落筆了。

陳嘉平在一旁屏息凝神,他看到徐辰沒有像普通競賽生那樣去窮舉 p = 2, 3, 5,而是直接在草稿紙上寫下了一行讓他瞳孔驟縮的算式:

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n(n² + p - 1) = n³ + np - n

陳嘉平眉頭緊鎖,構造這個有什麼用?

緊接著,徐辰寫下了堪稱“神之一手”的變形!

(n³ + p³) - n(n² + p - 1) = p³ - n(p - 1)

看到這一步,陳嘉平的呼吸瞬間停滯了!

他明白了!他徹底明白了!

因為 n² + p - 1 整除 n³ + p³,而它顯然也整除 n 倍的自己。兩式相減,原先複雜的整除關係,瞬間坍縮成了:

n² + p - 1 │ p³ - n(p - 1)

這一刀,直接切斷了 n 的高次項乾擾,將一個混沌的三次方程,降維打擊成了一個關於 p 的約束分析!

一個CMO級別的難題,被這匪夷所思的一步,直接簡化成了純粹的代數討論!

徐辰的手速沒有絲毫減慢。

“若右邊為0,則 p³ = n(p - 1)。因 p 為質數,gcd(p, p - 1) = 1,故 p - 1 = 1,得 p = 2, n = 8。”

“若右邊不為0,利用絕對值不等式放縮……”

草稿紙上沙沙作響,另外兩組解 (3, 1) 和 (3, 4) 如同甕中之鱉,被精準地抓了出來。

徐辰從落筆到寫完三組答案,全程不到十分鐘。他沒有用任何晦澀的數論定理,僅僅用了一步極其精準的代數構造,就將這道國家集訓隊難度的“攔路虎”斬於馬下!

陳嘉平感覺自己的後背已經滲出了冷汗。

徐辰的天賦比他想象的還要誇張!

……

第二題:【設 a, b, c為正實數,求(a+b+c)(1/a + 1/b + 1/c)的最小值。】

一道看似人畜無害,實則暗藏殺機的不等式題。

此刻徐辰的內心:哦?這個有意思了。出題人在這裡挖了一個巨大的陷阱,專門坑那些隻會死記硬背公式的學生。

這個陷阱就是,很多學生會想當然地分別使用均值不等式: a+b+c≥ 3∛(abc) 1/a + 1/b + 1/c≥ 3∛(1/abc)然後將兩式相乘,得到原式≥ 9。

看似沒錯,但乘法是有風險的。這種做法的漏洞在於,它默認了兩個不等式可以同時取等。雖然這道題恰好可以,但這種解法在邏輯上是不嚴謹的。

徐辰想的沒錯,實際上這種做法在競賽中會被扣分甚至判零分。

徐辰當然不屑於走這種鋼絲。

他同樣也懶得用競賽生必備的“柯西-施瓦茨不等式”,那就像用一把精密的鑰匙開鎖,雖然高效,但不夠“暴力”,不夠“美”。

他選擇了最原始,也最能體現問題本質的方法——展開!

大道至簡,返璞歸真!

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