100 distinct positive integers are arranged in a circle. Vasya divided each number by its clockwise neighbor with remainder, and he obtained only two distinct remainders. Petya divided each number by its counter-clockwise neighbor with remainder. Prove that Petya obtained 100 distinct remainders.
(N. Agakhanov, S. Berlov)
Russia — Regional Round
Solution
Пронумеруем числа по часовой стрелке так, чтобы число было наименьшим. Тогда остаток от деления на будет равен (ибо ), а остаток от деления на будет меньше, чем . Значит, — единственные остатки, полученные Васей.
Предположим, что при некотором . Тогда остаток от деления на равен , что больше, чем (и тем более — чем ). Это невозможно. Значит, .
Итак, Петя при делении на (при любом ) будет получать в остатке , поскольку . При делении же на он получит остаток , меньший . Значит, все его остатки различны.
Want a route through all this instead of an archive? The track
puts 2,604 problems in a working order, from Junior Challenge level to the IMO shortlist.