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第5题

设 n≥3n\ge3 为固定整数。黑板上写有 nn 个数 11。黑板下方有两个初始为空的桶。一次操作是擦去其中两个数 aa 与 bb,用 11 和 a+ba+b 替换它们,然后往第一个桶中加入一颗石子,往第二个桶中加入 gcd⁡(a,b)\gcd(a,b) 颗石子。经过有限次操作后,第一个桶中有 ss 颗石子,第二个桶中有 tt 颗石子,其中 ss 与 tt 为正整数。求比值 ts\dfrac{t}{s} 的所有可能取值。
第 4/6 步:由 a_i>=1 得到 q 的上界
q≤(n−1)p−n(n−1)2=(n−1)s+n(n−1)2q\le (n-1)p-\tfrac{n(n-1)}2 = (n-1)s+\tfrac{n(n-1)}2
详细分析

由于每个 ai≥1a_i\ge1,对每个 ii 都有 (i−1)ai≤(n−1)ai−(n−i)(i-1)a_i\le(n-1)a_i-(n-i),对 ii 求和得 q≤(n−1)p−∑i=1n(n−i)=(n−1)p−n(n−1)2=(n−1)s+n(n−1)2q\le(n-1)p-\sum_{i=1}^n(n-i)=(n-1)p-\tfrac{n(n-1)}2=(n-1)s+\tfrac{n(n-1)}2(用了 p=n+sp=n+s)。