Maths Olympiad Prep

Library / /12 of 26

Number theory Difficulty 6.5 National olympiad Prove it Russia

Given n3n \ge 3 pairwise coprime positive integers. It is known that while dividing the product of any n1n-1 of them by the remaining number, a remainder equals to rr (the remainder rr is the same for all (n1)(n-1)-tuples). Prove that rn2r \le n-2.

Даны n3n \ge 3 попарно взаимно простых чисел. Известно, что при делении произведения любых n1n-1 из них на оставшееся число получается один и тот же остаток rr. Докажите, что rn2r \le n-2. (В. Сендеров)

Solution

Если r=0r = 0, то утверждение задачи, очевидно, истинно. Пусть r>0r > 0. Пусть a1,,ana_1, \dots, a_n — данные числа; положим P=a1a2anP = a_1a_2 \dots a_n, Pi=P/aiP_i = P/a_i при i=1,2,,ni = 1, 2, \dots, n. Заметим, что ai>ra_i > r, ибо число PiP_i даёт остаток rr при делении на aia_i.

Рассмотрим число S=P1+P2++PnrS = P_1 + P_2 + \dots + P_n - r. Заметим, что S=(P1r)+(P2+P3++Pn)=a1S = (P_1-r) + (P_2+P_3+\dots+P_n) = a_1, поскольку оба слагаемых делятся на a1a_1. Аналогично, S:aiS : a_i при всех i=1,,ni = 1, \dots, n; поскольку aia_i попарно взаимно просты, получаем S:a1an=PS : a_1 \dots a_n = P. Поскольку S>a1r>0S > a_1 - r > 0, получаем, что SPS \ge P, а тогда P1++Pn=S+r>PP_1 + \dots + P_n = S + r > P. Значит, при некотором ii верно неравенство Pi>P/nP_i > P/n, откуда ai<na_i < n, или ain1a_i \le n - 1. Но тогда r<ain1r < a_i \le n - 1, то есть rn2r \le n - 2.

Want a route through all this instead of an archive? The track puts 2,000 problems in a working order, from AMC 10 level to the IMO shortlist.

Source: MathNet, licensed CC-BY-4.0. Statement and solution reproduced as published; topic and difficulty added by this site.