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第6题

设 a1,a2,a3,…a_1,a_2,a_3,\ldots 是由大于 11 的正整数组成的无穷数列。假设对所有正整数 nn,数 an+1a_{n+1} 是大于 ana_n 且对每个 i=1,2,…,ni=1,2,\ldots,n 都满足 gcd⁡(an+1,ai)>1\gcd(a_{n+1},a_i)>1 的最小正整数。求证:存在正整数 TT 与 LL,使得对每个正整数 nn 都有 an+T=an+La_{n+T}=a_n+L。
第 1/3 步:把最大公约数条件归约为 ≼-极小项
am⪯an :⟺ m≤n and rad⁡(am)∣rad⁡(an)a_m\preceq a_n\ :\Longleftrightarrow\ m\le n\ \text{and}\ \operatorname{rad}(a_m)\mid\operatorname{rad}(a_n)
详细分析

对正整数 xx,记 rad⁡(x)\operatorname{rad}(x) 为 xx 的不同素因子之积。由数列的贪心定义,整数 x≥a1x\ge a_1 出现在数列中当且仅当对所有满足 ai<xa_i<x 的 ii 都有 gcd⁡(x,ai)>1\gcd(x,a_i)>1。当 m≤nm\le n 且 rad⁡(am)∣rad⁡(an)\operatorname{rad}(a_m)\mid\operatorname{rad}(a_n) 时定义数列上的偏序 am⪯ana_m\preceq a_n。每当 am⪯aia_m\preceq a_i 时,整除 gcd⁡(x,am)\gcd(x,a_m) 的每个素数也整除 aia_i,故 gcd⁡(x,am)>1\gcd(x,a_m)>1 自动推出 gcd⁡(x,ai)>1\gcd(x,a_i)>1。因此 x≥a1x\ge a_1 出现在数列中当且仅当对所有 ⪯\preceq-极小项 ai<xa_i<x 都有 gcd⁡(x,ai)>1\gcd(x,a_i)>1。