MathLabs

第2题

对多项式 PP 与正整数 nn,定义 PnP_n 为满足 a<b≤na<b\le n 且 ∣P(a)∣−∣P(b)∣|P(a)|-|P(b)| 能被 nn 整除的正整数对 (a,b)(a,b) 的个数。求所有整系数多项式 PP,使得对一切正整数 nn 都有 Pn≤2021P_n\le2021。
第 3/6 步:P 必须是一次多项式
deg⁡P=1\deg P=1
详细分析

常数多项式 PP 立即失败,因为此时 Pn=(n2)→∞P_n=\binom n2\to\infty。若 deg⁡P≥2\deg P\ge2,则对某个充分大的 kk 有 P(k)−P(1)≥kP(k)-P(1)\ge k;取 n=P(k)−P(1)≥kn=P(k)-P(1)\ge k,则值 P(1)P(1) 与 P(k)P(k)(因 k≤nk\le n,二者都在 P(1),…,P(n)P(1),\ldots,P(n) 中)满足 P(k)−P(1)=n≡0(modn)P(k)-P(1)=n\equiv0\pmod n,与引理矛盾。故 deg⁡P=1\deg P=1。