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第107章 一题多解!秦风的数学才情惊艳考场!

也是题目结论的一种形式。这种情况对应于上述推导中 d=k0d=k_0d=k0 的情形。

秦风的笔尖在答题卡上飞舞,每一个步骤都清晰明了,逻辑严谨。对于他而言,完成这种“标准解法”,不过是热身运动。

“嗯,常规方法虽然稳妥,但……总感觉少了点意思。”秦风写完最后一个句号,心中暗道。他那颗被“理论极限推演”能力和“跨学科知识融通”能力打磨得无比敏锐的大脑,对于这种仅仅停留在“解出”层面的操作,已经有些“不满足”了。

他抬起头,目光再次落在那道题目上,眼神中闪过一丝玩味。

“这道题的结构,其实还挺漂亮的。如果换个角度看,会不会有更……有趣的风景呢?”

在“灵感火花·必中”被动技能的加持下,无数的数学思想如同夜空中璀璨的星辰,在他脑海中交相辉映。

他拿起旁边的草稿纸,嘴角勾起一抹只有他自己才能理解的笑容。

“那么,我们来玩点不一样的。”

第一种巧妙解法:利用裴蜀定理与最大公约数的性质

秦风的笔尖在草稿纸上飞快地勾勒起来。

他首先指出,由条件1可知,如果 x1,x2,…,xm∈sx_1, x_2, \dots, x_m \in sx1,x2,…,xm∈s,那么它们的任意正整数系数线性组合 ∑cixi\sum c_i x_i∑cixi(其中 ci∈z+c_i \in \mathbb{z}^+ci∈z+)也在 sss 中(通过反复作加法得到)。

然后,他考虑集合 sss 中所有元素的最大公约数,记为 d=gcd?(s)d = \gcd(s)d=gcd(s)。根据裴蜀定理的推广,必然存在 sss 中的有限个元素 s1,s2,…,sps_1, s_2, \dots, s_ps1,s2,…,sp 以及整数 c1,c2,…,cpc_1, c_2, \dots, c_pc1,c2,…,cp,使得 ∑cisi=d\sum c_i s_i = d∑cisi=d。

“这里的关键在于,我们能否保证这些系数 cic_ici 都是正的,或者通过 sss 的加法封闭性构造出 ddd。”秦风心中暗忖。

他迅速调整思路:“不直接用裴蜀定理构造 ddd。而是证明,如果 d=gcd?(s)d = \gcd(s)d=gcd(s),那么对于足够大的 nnn,所有大于等于 nnn 且是 ddd 的倍数的整数,都可以表示成 sss 中元素的正整数系数线性组合,从而属于 sss(这是一个经典的frobenius coin problem的推广思想,虽然不完全一样)。晓税CMS 首发”

“更直接地,”秦风的思路再次跳跃,“设 d=gcd?(s)d = \gcd(s)d=gcd(s)。那么 sss 中的所有元素都是 ddd 的倍数。令 s?={s/dis∈s}s^* = \{s/d | s \in s\}s?={s/dis∈s}。则 s?s^*s? 是一个由正整数构成的集合,满足加法封闭性,且 gcd?(s?)=1\gcd(s^*) = 1gcd(s?)=1。根据一个已知的数论结论(或可以现场证明的引理):一个满足加法封闭且最大公约数为1的正整数集合,必然包含从某个整数开始的所有连续整数(或者说,除了有限个整数外,包含所有足够大的整数)。结合条件2中 sss 有下界 kkk,可以推导出 s?s^*s? 的结构,进而得到 sss 的结构。”

这个思路,巧妙地运用了最大公约数的性质和数论中关于加法半群的结构定理,比常规的构造法显得更为凝练和深刻。

坐在秦风斜后方的李傲天,原本还在为第一题的常规解法苦苦思索,偶尔用眼角的余光瞥见秦风在草稿纸上写下的那些关于 gcd?(s)\gcd(s)gcd(s) 和裴蜀定理的符号,以及一些他看不太懂的集合变换,心中顿时掀起了惊涛骇浪。

“他……他在干什么?难道这道题还能用最大公约数来解?我怎么从来没想过这个方向?”李傲天感觉自己的脑子有点不够用了。他引以为傲的数学直觉,在秦风面前,仿佛变成了一个笑话。

苏沐橙也注意到了秦风草稿纸上的动静。她那双清冷的眸子里,第一次露出了难以置信的神色。她能隐约看出秦风似乎在运用某种与

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