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第2题

设 a1,a2,…a_1, a_2, \dots 是一个整数序列,其中有无穷多个正项和无穷多个负项。假设对每个正整数 nn,a1,a2,…,ana_1, a_2, \dots, a_n 除以 nn 所得的 nn 个余数两两不同。证明每个整数在该数列中恰好出现一次。
第 2/5 步:下标接近的两项数值不会相距太远
通俗地说

若较前的两项相距过远,这个差本身就足够小,可作为使二者余数相撞的 nn。

i<j ⟹ ∣ai−aj∣<ji<j\ \Longrightarrow\ |a_i-a_j|<j
详细分析

设某个 i<ji<j 使 ∣ai−aj∣≥j|a_i-a_j|\ge j,令 n=∣ai−aj∣≠0n=|a_i-a_j|\ne0(由上一步知非零)。则 i<j≤ni<j\le n,两下标都在 [1,n][1,n] 内,且由 nn 的取法有 ai≡aj(modn)a_i\equiv a_j\pmod n —— 这与 a1,…,ana_1,\dots,a_n 模 nn 有 nn 个不同余数的假设矛盾。故对一切 i<ji<j 都有 ∣ai−aj∣<j|a_i-a_j|<j。