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“设a(x)=∑a_ix^i(多项式),则s_k是a(x)a(x^{-1})中x^k项的係数?不对,循环卷积。”
“实际上,s_k=∑a_ia_{i+k}是序列{a_i}的自相关函数。”
“要证存在k使s_k≡s_0modp2。
如果所有s_k≡s_0modp2都不成立,那么所有s_k-s_0≡0modp2都不成立……”
“用反证法:假设对所有k都有s_k?s_0modp2,则s_k-s_0≡r_kmodp2,其中r_k是1到p2-1之间的数。”
“考虑∑_{k=1}^p(s_k-s_0)=∑_k∑_ia_i(a_{i+k}-a_i)=……”
江辰在草稿纸上快速计算。
两分钟后,他找到了关键等式。
“有了!
∑_{k=1}^ps_k=p∑a_i2,所以∑_{k=1}^p(s_k-s_0)=p∑a_i2-p∑a_i2=0。”
“但如果每个s_k-s_0都不被p2整除,它们的和模p2不可能为0,矛盾。”
“所以存在k使p2整除s_k-s_0。”
“严谨化:设b_i=a_imodp,考虑模p下的序列{b_i},用类似论证可得存在k使∑b_ib_{i+k}≡∑b_i2modp,然后提升到模p2……”
四分钟,第四题搞定。
江辰看了眼时间:9:50。
第四题做完,还剩第三题。
他回过头看第三题。
“函数方程f(f(n))=f(n)+n,f严格递增,f(1)=1。”
“代入n=1得f(1)=2,矛盾。
所以要么题目错了,要么我的理解错了。”
江辰想了想,突然灵光一闪。
“等等,f是?→?,?通常指正整数,但有时也包含0。
如果包含0,那么f(0)可能存在。”
“设f(0)=c,则f(f(0))=f(c)=f(0)+0=c,所以f(c)=c。”
“由f严格递增,f(0)=c,f(1)=1,如果c<1,则f(0)<f(1),但0<1,可以。
c必须是整数,所以c=0。”
“那么f(0)=0,f(1)=1,代入n=1:f(f(1))=f(1)+1=2,所以f(1)=2?但f(1)=1,矛盾。”
“还是矛盾。”
江辰皱眉。
“除非……f(1)不是1?但题目明確说了f(1)=1。”
他决定换个思路。
“假设f(1)=1,那么f(f(1))=f(1)=1,但方程要求f(f(1))=f(1)+1=2,矛盾。”
“所以题目一定有印刷错误?或者?是自然数集包括0,且f(0)=1?”
“设f(0)=1,那么f(1)是多少?由严格递增,f(1)>f(0)=1。”
“代入n=0:f(f(0))=f(1)=f(0)+0=1,所以f(1)=1,但f(1)>1,矛盾。”
“也不行。”
江辰感觉这题像个死胡同。
他看了眼时间,9:52。
“算了,先按標准方法解,假设f(1)=1成立,忽略n=1的矛盾。”
“令g(n)=f(n)-n,则方程变为f(f(n))=f(n)+n→f(n+g(n))=n+g(n)+g(n)=n+2g(n)。”
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