#define int Modint<11>
本文为第二届你要魔怔杯鲜花大赛!!!投稿作品。
License: CC BY-NC-SA 4.0
前言
这是一个 \(\bmod \ 11\) 的世界。
假设这个世界与地球类似(不妨称它为 E 球),但是所有的数都是 \(\bmod \ 11\) 意义下的。
在正文和注解部分书写一个十进制数时我会用 0d
作为前缀。下文用 \(A\) 代替 \(10\)。
人名都是随机找的。如果不满意可以联系我换。
正文
数学的起源要追溯到 E 球的原始时代。人类有 \(A\) 根手指,在那时足以用来满足绝大部分的计数需求了。如果想要再往后数,就要将伸出的 \(A\) 根手指全部收回,作为下一个数 \(0\),再然后又是 \(1,2,\cdots\).
随着人类的发展,一套相应的哲学观念开始诞生。人们从四季的运转中认识到这一规律,认为数字也是循环的。加、减、乘运算也在这一时期成形。但如果人们想表示一个数均分成几份,他们就只好写成分数的形式,例如 \(\dfrac{4}{8}\)。
分数的化简要归功于 Uqerainy 的发现:对于除了 \(0\) 之外的所有数 \(x\),总有唯一的数 \(y\) 满足 \(xy=1\)。因此 \(\dfrac{a}{x} = ay\).
现在,十十乘法表已广为人知(它有 \(A \times A=1\) 项),这使人们可以迅速地计算两个数的乘积。
……
但是,有些数无法被 \(0 \sim A\) 中的数码表示,例如 \(\sqrt 2\)。无理数最早被 MLEDD 所发现,他将 \(x^2=2\) 的解称为 \(\sqrt 2\)。对于另一些数,它们的平方根不止一个,例如 \(\sqrt 3\) 可以为 \(5\) 或 \(6\). 有趣的是,对于两个平方相等的数,它们的和为 \(0\).
lilidawang 给出了解决方案。他引入虚数单位 \(i^2=A\),于是 \([0, A]\) 内[1]的数都有了平方根。当然,新的问题是有的复数不存在平方根,例如 \(1+3i\)。
EntropyDecreaser 对无理数进行了更深入的研究,详见 \(0\) 章。
一阵铃声响起,y494383 的思绪从《远世代数》中被拉回了现实。眼前的电脑上是 Karry5 的少项式 Blog——作为实数环技术的发明人,Karry5 无疑对少项式科技有着超常的理解:
现在通用的少项式形如 \(\sum \limits_{i=0}^{A} a_i x^{\underline i}\),相比更早期的 \(\sum a_i x^i\) 形多项式,人们发现它有更好的性质——便于差分和求和。
合上面前的《远世代数》,y494383 决定写 Karry5 出的萌新例题毒瘤题。写写写。WA。调调调。RE。再调。TLE。卡。AC。不知不觉就过去了 1h[2]。
sto Karry5。
这是 pION(全国青少年想象学奥林匹克联赛)前的最后几天了。y494383 是第一次参赛,也是最后一次。不知为何,他的心情没有想象中的紧张。可能是因为想象力不够丰富吧。
吃完饭 y494383 回到了机房。guluo-gza 和 MatrixRing 手里拿着扑克牌:
“3-斗地主三缺一,速来!”
于是 y494383 开始摸鱼。
一套标准的扑克里有 \([0, A]\) 的牌若干张,还有几张特殊牌。所谓“\(x\)-斗地主”,就是出完一张牌 \(k\) 后下一张要出 \((k, k+x]\) [3]以内的牌。另外还有一张 \(i\) 可以当任意数。至于上面不标数字而是标少项式的牌,就是想象学竞赛中特有的玩法了。想象学竞赛一大特点也在此,只要你有想象力,没有什么是做不到的。
\(7\) min 后,牌堆变成了这样:
\([1,3,4,7,A,0,\cdots,1,1,4,5,1,4,\cdots]\)
y494383 输了一小局。好消息是,他最终获胜了,因为他的大比分最先达到了 \(0\)。MatrixRing 虽然技术高超,但吃了一个 \(+2\)pts 后大比分直接从 \(A\) 到了初始的 \(1\),导致他反胜为败。
“你说的对,但我的比分是 \([4,4,6]\).”
“那是什么?”
“是 fangchang 的集训队论文里提出来的一个结构。如果我们不用数字 \(A\),计数时 \(9\) 之后就是 \(0\),就有了一套类似的代数,记作基 \(A\) 代数。然而它的性质不好:有些分母不为 \(0\) 的分数是不可化简的,如 \(\dfrac{3}{5}\)。因此 fangchang 转而发明了三模 exCTR,就是分别把普通的数,基 \(A\) 和基 \(9\) 的数算出来。”
“三模……是在他考三模的时候发明的吗……”
“谁知道呢。
“对了,有空可以做一套三模扑克。”
y494383 回到电脑前,下载了 fangchang 的集训队论文。
pION 考前看集训队论文真的有用吗?
在少项式中,\(x^a x^b = x^{a+b}\);
这都多古老的形式了……现在少项式不都用 \(x^{\underline a}\) 吗?
但如果把 \(x\) 用具体的数字代换,此性质就未必成立。在底数为数字时,本文将指数上的符号用 \(\mathit {0} \sim \mathtt{A}\) 来表示,如 \(2^{\mathit 4}, 3^{\mathtt A}\).
注意到 \(\mathit 0 \sim \mathtt A\) 不能用普通的加法,我们列出加法表。注意到……
y494383 开始列表。
\(\dfrac{z}{x}^{\large \mid y}\) | \(\mathit 0\) | \(\mathit 1\) | \(\cdots\) |
---|---|---|---|
\(\mathit 0\) | 0 | 1 | |
\(\mathit 1\) | 1 | 2 | |
\(\vdots\) | |||
\(\mathtt A\) | 0 | 1 |
其中 \(2^z = 2^{x+y}\).
注意到 \(\mathtt A\) 的加法规则和 \(\mathit 0\) 的完全相同,我们猜想:\(\mathtt A=\mathit 0\),即 \(\mathit 9 + \mathit 1 = \mathit 0\).
我们称这一类数为基 \(A\) 数,它有 \(\mathit 0 \sim \mathit 9\) 中 \(A\) 个不同的符号,且没有 \(A\)。
类似地我们可以发现,基 \(A\) 数 \(x\) 的指数为基 \(4\) 数。
……
论文里对基 \(1 \sim A\) 的代数结构都作了讨论,发现以某些数为基的代数有和普通代数类似的性质。他将这些数称为原数,因为和它们的起源(一般的数)性质类似;或神数,因为这些数有神奇的性质。由于原神玩家很有素质,所以这些数也叫素数或质数。[4] 特别地,由于 \(0\) 和 \(1\) 过于特殊,它们不算在原数中。
y494383 搜了搜发现“质数”在往届的 ION 中真的出现过:从命名来看,它们就有极大的想象空间。ION 出题人[5]当然不会放过这样一个 idea 了。
在操场跑道上散步时,y494383 陷入了想象中。
一直以来,人们对于比较数量的做法还停留在远古时期。例如要比较两杯水的多少,就用更小的杯子各装走一杯,然后递归地比较。这正如环形跑道上两个人距离的比较,只看位置是没法得知的。那如果把跑道扩大呢?扩到足够长,只要已知两人同起点且都没有走完一圈,就是可以比较的!
但是……数呢?总不能造出无限个符号吧。
还有分数,也是没法比较的。
还有虚数,就更不用说了。
y494383 的思维开始打结。
先考虑只有自然数的情况。
过了 \(8\)min,他放弃了。他发现自己在空旷的跑道上走了许久,终于还是回到了原点。
他回到机房关掉电脑。
在关机前,他瞥见了一个熟悉的标题——
少项式。
pION 快开始了,y494383 来到考点附近。
y494383 看向窗外。红绿灯在 \([0, A]\) 间跳动。他们在环状的交通网上穿行,从一个环到另一个环。
世界就是一个大环。
万物在不断循环。
数学在研究环。
大环套小环。
九曲连环。
实数环。
苯环。
环。
苯环。
实数环。
九曲连环。
大环套小环。
数学在研究环。
万物在不断循环。
世界就是一个大环。
万物在不断循环。
数学在研究环。
……
y494383 觉得自己有点太过魔怔了。
但这不正是想象学竞赛所需要的吗?
转眼就来到了 pION Day 1。
pION 会下发 T1 和 T2,但 T3 需要自己想象。做完 T1 和 T2 后,y494383 想象着这次的 T3:
本题采用话题作文的形式,题目如下。
素性测试
选择一个奇素数,写一篇文章。这个数应该是特殊的,也就是说如果想用别的数来写(不限于奇素数),就难以达到相近或更好的效果。
这个数可以本身就具有特殊性质,也可以在这篇文章中具有较强的特殊性,等等。你可以自己阅读一下文章列表。
你可以在写之前咨询 €€₤ 是否切题。
为了进行素性测试,要求这个素数的二进制位数在 \([0,6]\)。
然而你不用太切题,比如《论最小的奇素数 \(3\) 的性质》就是一个太切题的例子。我们有最魔怔切题奖,大家可以竞争一下!
对于想象力较强的文章,会酌情放宽限制,而想象力较弱的则会卡的更严。对于 €€₤ 很不喜欢的文章,可以无理由拒绝;但你交钱后仍然可以以 D 类的身份参与 pION 并评奖。
……
每篇字数【乱码】 \(1\),【乱码】\(3\),不能是无意义文章或完全不魔怔的文章。也不能是有意义文章或完全魔怔的文章。也不能【乱码】。
……
被判定为离题的文章将导致作者禁赛 \(3+3i\) 年,其所在省份扣除 \(3i\) 个省队名额。我劝你少离题,因为这个只要你想切题是真的不会离题(
还是想象力不够啊……还有“二进制位数”是什么东西?是不是我想象错了?
题目都想不全,要爆零了。寄。
y494383 开始骗分。
什么,你问我他的解法在哪?点这里。
练习
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为什么 y494383 的名字没有对 \(0d11\) 取模?
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实数环在 OI 中有怎样的应用?
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y494383 最后结局如何?证明你的猜想。
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如果衬衫的价格是 \(0d9\) 磅 \(0d15\) 便士,那么在 E 球的价格如何?(提示:你不用真的算出答案,只要选 C 项即可)
注
下面是脚注。加这一行是为了和上面的练习区分开。