第45章 新的副本

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  當最後一道題的最後一個符號落下,考試結束的鈴聲,如同終場哨聲,宣告了這場長達九個小時的智力馬拉松的終結。

  整個考場,瞬間從極致的寂靜,切換到了劫後餘生的喧囂。

  中國隊的隊員們在酒店的休息區集合,每個人的臉上都寫滿了疲憊,眼神中卻又閃爍著一絲不確定的光芒。

  「第六題……那根本不是人做的題。」羅耀龍第一個開口,聲音裡帶著一絲虛脫,「我花了最後一個小時,連個像樣的思路都沒摸到。」

  「我也是,」方博苦笑著搖頭,「感覺像是撞上了一堵牆,連從哪兒下手都不知道。」

  李振華教授走了過來,臉色平靜,但眼神中卻透著一絲不易察覺的緊張。他沒有先問結果,而是先給隊員們遞上了水。

  「都辛苦了。」他沉聲說道,「現在,大家自己心裡估個分,不用太精確,給我一個大概的範圍。」

  隊員們開始小聲地交流、核對答案。很快,一個初步的估算結果出來了。

  除了徐辰,其他五名隊員,前五道題的得分率都極高,基本都在30到35分之間。但在那道地獄級的第六題上,所有人都栽了跟頭,估分普遍在0到2分之間。

  所有人的目光,最後都聚焦到了徐辰身上。

  「我應該……是滿分。」徐辰的回答一如既往地平靜,仿佛只是在陳述一件微不足道的小事。

  這個答案,沒有在隊友中引起任何波瀾。他們早已麻木了。

  李振華點了點頭,這個結果在他的預料之中。他轉身離開了一會兒,顯然是去動用他的人脈,打探其他強隊的情況了。

  十幾分鐘後,他回來了,臉色比之前更加凝重。

  「情況……不太樂觀。」他看著眼前的六位隊員,一字一頓地說道,「我剛和美國隊的教練聊了聊,他們的估分情況,和我們非常接近。林逸軒,也聲稱自己做出了第六題。其他隊員的情況也和我們類似。」

  他頓了頓,補充道:「也就是說,今年的團體總分第一,勝負,只在五五之數。最終的結果,可能只取決於閱卷組對第六題那道開放性極強的解法,給分的鬆緊程度。」

  這個消息,讓所有隊員的心,都再次揪了起來。

  「那……那其他隊呢?」方博忍不住問道。

  李教授的臉上,突然露出了一絲古怪的、想笑又不好意思笑的表情。

  「我們的主要對手還是美國隊。不過其他隊我也問了,韓國隊和日本隊,估計平均比我們要低3到5分。」

  他清了清嗓子,「我剛才還遇到了印度隊的領隊,順便問了一下他們的估分情況。」

  「他們怎麼說?」眾人好奇地問。

  「他們說,」李教授的嘴角,終於忍不住抽搐了一下,「他們六名隊員,估分……全都是滿分。」

  「噗——」

  中國隊的隊員們,先是一愣,隨即都忍不住笑了出來。

  之前那緊張壓抑的氣氛,瞬間被這股來自恆河彼岸的「神秘自信」沖得煙消雲散。

  ……

  IMO的正式成績和最終排名,要等到第二天的閉幕式才會公布。

  這中間的一天,是留給各國隊員自由活動的時間。

  主辦方安排了去千葉市幾個著名景點的旅遊線路,但對於這群剛剛經歷過極限腦力消耗的少年來說,古老的寺廟和寧靜的園林,顯然沒什麼吸引力。

  最終,大家還是早早地回到了酒店休息。

  ……

  夜深人靜,徐辰躺在酒店柔軟的床上,卻毫無睡意。

  徐辰打開了系統面板,今天的第6題,確實有點東西。在完成了解答後,系統獎勵了5點數學經驗。

  【當前數學等級:Lv.1(40/500)】

  對於現在的徐辰來說,能夠提升數學經驗點的試題越來越少了。

  徐辰也總結出了一些規律,對於完全新的知識,系統會給與比較多的經驗,但是重複學就不會加了。但是呢如果你想要繼續深入學習,等級不夠學起來又很吃力,經驗漲的依舊很慢。所以,真正長經驗應該還是要靠做任務。

  之前在CMO結束後解開的許康樺老師的2道懸賞試題,還能拿到5個經驗點,但是現在完成差不多同等級的,連1點經驗點拿不到了。


  【看來,許康樺老師那邊新手村的任務,已經刷完了。】他心中暗道,【我是時候,去挑戰更高級的副本了。】

  他的目光,轉向了那個被他收藏已久的、界面樸素的個人博客——金陵大學,孫智偉教授的主頁。

  孫智偉教授進行了一個簡單的歸類。

  【第一類:整數的特殊表示與組合數論】

  副本描述:研究整數能否用平方、冪、組合數等特殊形式表示。

  典型任務:「三冪五冪猜想」(任意正整數n是否可以寫成 a³+b³+c³+d⁵+e⁵的形式)、「1-3-5猜想」(每個正整數能否寫成三個奇數平方之和)。

  難度評級:兩顆星

  占比:約10%

  第一類的猜想,大多與經典的「堆壘數論」相關,如拉格朗日四平方和定理、華林問題等。許多問題,可以利用已有的成熟理論框架進行攻擊,甚至只需少量的計算即可驗證。對徐辰而言,這裡更像是一個「熱身區」。

  ---

  【第二類區域:單位分數表示與整除性猜想】

  副本描述:主要研究正有理數是否可以用不同素數的單位分數(如 1/p或 1/p²)之和來表示,或探討諸如∑(1/pₖ)的整數性與整除性。

  典型任務:任意正有理數 r能否寫成不同素數的 1/p²之和。

  難度評級:三顆星

  題目數量占比:約60%

  第二類的猜想,核心在於「埃及分數」理論的推廣和深化,與「解析數論」中的級數理論緊密相連。雖然大多數猜想已經在計算機上驗證到數十億甚至上萬億的範圍,證明仍缺乏統一的理論,但龐大的實驗數據,為研究者提供了明確的方向。

  ---

  【第三類區域:相鄰(或交錯)素數的和差表示】

  副本描述:探索相鄰或交錯素數的加減組合能否產生任意整數。

  典型任務:在長度不超過 n的連續素數段{pₖ,..., pₖ₊ₙ₋₁}中,交錯相加是否能得到任意正整數 m。

  難度評級:四顆星

  題目數量占比:約30%

  第三類猜想,已經觸及到了素數分布的「局部性質」,需要高階的「組合數論」或「概率數論」方法。雖然可以在計算機上檢驗大量區間,但其內在規律如同混沌中的蝴蝶,難以捕捉,需要全新的理論框架。

  ---

  【第四類區域:第n個素數 pₙ的數值與組合性質】

  副本描述:關注第 n個素數本身的數值特徵以及它們之間的代數或整除關係。

  典型任務:對每個正整數 n,是否存在正整數 k使得 pₙ| pₙ₊ₖ+ k。

  難度評級:五顆星

  題目數量占比:約30%

  第四類的猜想,直指整個數論領域最核心、最神秘的聖杯——素數的「全局規律」。每一個猜想的背後,都可能與「黎曼猜想」、「哥德巴赫猜想」這類世紀難題有著千絲萬縷的聯繫。迄今為止,只有零星的特例得到證明,整體上仍屬人類數學智慧尚未征服的前沿難題。

  ……

  他沒有好高騖遠,直接去挑戰那些五星難度的猜想。

  他深知,飯要一口一口吃,路要一步一步走。

  他將目光,鎖定在了難度最低的【第一類】問題上。

  他從中選擇了一道被孫教授本人標註了「懸賞300美元」的題目,作為自己踏入這片新大陸的「第一步」。

  【猜想138:對於任何大於1的整數n,方程 4/n = 1/x + 1/y + 1/z必有正整數解(x, y, z)。】

  這是一個在數論領域流傳已久,看似簡單卻異常堅固的猜想。它屬於「埃及分數」的範疇,要求將一個簡單的有理數,分解為三個單位分數的和。無數數學家曾嘗試攻克它,但一個完整的、普適性的證明,卻遲遲未能出現。

  【有意思,一個形式如此簡潔的丟番圖方程,竟然能成為一個懸而未決的猜想。】

  徐辰的眼中,燃起了一絲挑戰的火焰。

  他鋪開一張稿紙,開始了對這座未知高峰的攀登。


  【第一步,嘗試小數據和特殊情況。】

  n=2: 4/2 = 2。1/1 + 1/2 + 1/2。有解。

  n=3: 4/3 = 1/1 + 1/6 + 1/6。有解。

  n=4: 4/4 = 1。1/2 + 1/3 + 1/6。有解。

  n=5: 4/5 = 1/2 + 1/4 + 1/20。有解。

  【看起來,解總是存在的。那麼,證明的關鍵,在於構造。】

  他沒有急於下結論,而是開始思考問題的核心。

  【4/n = 1/x + 1/y + 1/z。這個方程的自由度太高了,三個未知數。必須想辦法減少變量,或者找到它們之間的約束關係。】

  【思路的核心,應該是根據 n的性質,來構造出對應的 x, y, z。】

  突然,一道靈光閃過!

  【是 n的同餘性質!特別是模4的餘數!】

  一個在解決丟番圖方程時,屢試不爽的強大武器,浮現在他的腦海中。

  【任何整數n,根據模4的餘數,都可以被分為四類:4k, 4k+1, 4k+2, 4k+3。】

  【如果我能為每一類n,都找到一個通用的構造公式,那麼問題不就解決了嗎?!】

  徐辰的精神為之一振,睡意全無。他感覺自己像一個工程師,不再是盲目地尋找一個特定的零件,而是開始設計一套能生產所有零件的「模具」!

  【第一種情況:n = 4k。】

  【4/n = 4/(4k)= 1/k。】

  【1/k = 1/(2k)+ 1/(3k)+ 1/(6k)。】

  【所以,x=2k, y=3k, z=6k。搞定!這一類最簡單。】

  【第二種情況:n = 4k+2 = 2(2k+1)。】

  【4/n = 4/(2(2k+1))= 2/(2k+1)。】

  【2/(2k+1)= 1/(2k+1)+ 1/(2k+1)。還差一個……】

  【1/(2k+1)= 1/(2k+2)+ 1/((2k+1)(2k+2))。】

  【所以,4/n = 1/(2k+1)+ 1/(2k+2)+ 1/((2k+1)(2k+2))。】

  【令 x = 2k+1, y = 2k+2, z =(2k+1)(2k+2)。搞定!】

  邏輯的鏈條,開始一環扣一環地被構建起來。前兩種情況,他只用了不到半個小時,就輕鬆解決。

  但當他開始處理第三種情況時,瓶頸出現了。

  【第三種情況:n = 4k+3。】

  他嘗試了各種恆等變換,試圖構造出通用的解,但每一次,構造出的分母中,都不可避免地會出現 k,導致解的普適性被破壞。

  【這條路,走不通。或者說,簡單的恆等變換,在這裡失效了。】

  他感到了焦灼。就像攀岩者,已經爬到了半山腰,卻發現眼前是一片光滑的、找不到任何著力點的絕壁。

  他放下筆,在房間裡來回踱步,強迫自己跳出之前的思維定式。

  【如果,從另一個角度看呢?】

  【4/n =(4(k+1))/(n(k+1))=(4k+4)/(n(k+1))=(n+1)/(n(k+1))。】

  【4/n = 1/(k+1)+ 1/(n(k+1))。】

  【這個恆等式,是解決問題的關鍵!由 Mordell在1969年提出!】

  一個在數論歷史中閃耀的名字,浮現在他的腦海中!

  【我一直在試圖自己重新發明輪子!其實前人已經鋪好了路!】

  思路,瞬間豁然開朗!

  他重新坐回桌前,眼神中爆發出前所未有的光芒。

  他不再糾結於自己構造,而是直接站在了巨人的肩膀上!

  【對於 n = 4k+3的情況:】

  【利用恆等式 4/n = 1/((n+1)/4)+ 1/(n(n+1)/4)。】


  【因為 n=4k+3,所以 n+1 = 4k+4 = 4(k+1)。】

  【(n+1)/4 = k+1,是整數!所以 1/((n+1)/4)是一個單位分數!】

  【令 x =(n+1)/4。】

  【現在,只需要將 1/(n(n+1)/4)分解成兩個單位分數之和。】

  【1/A = 1/(A+1)+ 1/(A(A+1))。這是一個經典的分解!】

  【所以,x =(n+1)/4,y = n(n+1)/4 + 1,z =(n(n+1)/4)*(n(n+1)/4 + 1)。】

  【搞定!第三種情況,解決!】

  只剩下最後,也是最難的一種情況:n = 4k+1。

  他用同樣的方法,將問題轉化,但發現,無論如何,都無法避免地會出現更複雜的分數形式。

  【我到底忽略了什麼……】

  他看著窗外城市的點點燈火,大腦放空。

  突然,他想起了自己最初的驗算。

  n=5: 4/5 = 1/2 + 1/4 + 1/20。

  【這裡的 x, y, z之間,有什麼關係?】

  【如果,我能找到一個關於 n的線性同餘方程組,它的解,恰好能導出 x, y, z呢?】

  【中國剩餘定理!】

  一個古老而又強大的東方智慧,如同啟明星,照亮了最後的黑暗!

  他猛地沖回桌前,心臟狂跳。

  他不再試圖去「構造」一個通用的公式,而是去「證明」一個解的存在性!

  【對於 n = 4k+1的情況,我們可以找到一個整數 t,使得 t*n+1是一個4的倍數,甚至是某個數的倍數……】

  【不,思路更直接一點!我們可以找到兩個整數 a, b,使得 an+1 = 4b。】

  【根據裴蜀定理,只要 gcd(n, 4)= gcd(4k+1, 4)= 1,這樣的 a, b就必然存在!】

  【利用擴展歐幾里得算法,可以找到這樣一組 a, b。】

  【然後,4/n = 4a/(an)= 4a/(4b-1)……這條路似乎更複雜了。】

  他再次陷入沉思,但這一次,他感覺自己離真相只有一步之遙。

  【回歸方程本身:4xyz = n(xy+yz+zx)。】

  【如果我能找到一個特殊的 x,讓這個方程簡化呢?】

  【設 x = k*n。代入後……不行。】

  【設 x =(n+a)/4。】

  一個大膽的設想,在他腦中形成。

  經過一番極其複雜的代數推演,利用模運算和二次剩餘的性質,他最終將問題,鎖定在了一個特定的同餘方程上!

  【……最終,可以證明,對於所有素數 n≡ 1 (mod 4),總能找到滿足條件的解。而對於合數,可以通過其素因子分解來構造解。】

  當最後一個句號落下時,他長長地舒了一口氣,一股難以言喻的、酣暢淋漓的快感,從心底湧起,傳遍四肢百骸。

  這種攻克未知猜想的喜悅,遠比在考場上拿到滿分,要來得更加純粹,更加強烈!

  他揉了揉有些酸澀的眼睛,下意識地看了一眼窗外。

  窗外的天色,已經由漆黑,轉為了魚肚白,初升的朝陽,正將第一縷金色的光輝,灑向這座異國的城市。

  天,已經亮了。

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