1048(得不到的爱情)证明

题意是给定两个数 n,m(2n,m,50000)n,m (2\le n,m, \le 50000)n,m(2n,m,50000)​ ,n,mn,mn,m 互素,找到最大不能由若干个 n,mn,mn,m​​​ 组成的数。

首先插入一个前置知识

a1,b1<mtext> </mtext>(cZ,dZ)<mtext>  </mtext>a×c+b×d=gcd(a,b)<mtext>   </mtext><mtext>(1)</mtext>\forall a\geq1,\forall b\geq1~(\exists c\in \mathbb{Z},\exists d\in \mathbb{Z})~~a \times c+b \times d=gcd(a,b)~~~\tag{1}a1,b1 (cZ,dZ)  a×c+b×d=gcd(a,b)   (1)

kkk​​ 可以由 n,mn,mn,m​​​ 组成时,可以用下面的式子来表示

x0<mtext> </mtext>,<mtext> </mtext>y0<mtext> </mtext>,<mtext> </mtext>n×x+m×y=k<mtext>(2)</mtext>\exists x\geq0~,~\exists y\geq0~,~n \times x+m \times y=k\tag{2}x0 , y0 , n×x+m×y=k(2)

而当 kn×mk \geq n\times mkn×m​ 时,kkk​ 等价于 kn×mk-n\times mkn×m​(相当于kn×mk-n\times mkn×m​ 加上 nnn​ 个 mmm​ 构成),所以这里只需讨论 k[0,n×m)k \in[0,n \times m)k[0,n×m)​​​ 的情况,由(2)可得

x[0,m)<mtext> </mtext>,<mtext> </mtext>y[0,n)<mtext> </mtext>,<mtext> </mtext>n×x+m×y=k<mtext>(3)</mtext>\exists x\in[0,m)~,~\exists y\in[0,n)~,~n \times x+m \times y=k\tag{3}x[0,m) , y[0,n) , n×x+m×y=k(3)

由于 n,mn,mn,m​​​ 互素(即 gcd(n,m)=1gcd(n,m)=1gcd(n,m)=1​​​​ ),由(1)可得

xZ<mtext> </mtext>,<mtext> </mtext>yZ<mtext> </mtext>,<mtext> </mtext>n×x+m×y=1<mtext>(4)</mtext>\exists x^{'} \in\mathbb{Z}~,~\exists y^{'}\in\mathbb{Z}~,~n \times x^{'}+m \times y^{'}=1\tag{4}xZ , yZ , n×x+m×y=1(4)
pZ<mtext> </mtext>(x=p×x<mtext> </mtext>,<mtext> </mtext>y=p×y)<mtext>  </mtext>n×x+m×y=p<mtext>(5)</mtext>\forall p\in\mathbb{Z}~(\exists x^{''}=p \times x^{'}~,~\exists y^{''}=p \times y^{'})~~n \times x^{''}+m \times y^{''}=p\tag{5}pZ (x=p×x , y=p×y)  n×x+m×y=p(5)

假设最大不能被构成的数为 ttt​,由(2)(5)可得 x,yx,yx,y​ 至少必然有一者为负数,假设 yyy​ 为负数,想让最后的结果 ttt​ 尽量大,yyy​ 也要尽量大,最大的负数为 1-11​ ,取 yyy​ 为 1-11​​ ,由(3)化简

x[0,m)<mtext> </mtext>,<mtext> </mtext>n×xm=t<mtext>(6)</mtext>\exists x\in[0,m)~,~ n\times x-m=t\tag{6}x[0,m) , n×xm=t(6)

由于 ttt 要尽量大, xxx 应当取能取到的最大值 m1m-1m1 ,由(6)可得

t=(m1)nm=nmnm<mtext>(7)</mtext>t=(m-1)*n-m=n*m-n-m\tag{7}t=(m1)nm=nmnm(7)