下面这个题目来自 2015 年 7 月的 Using your Head is Permitted 。假设集合 S 是由所有形如 3x · 4y 的数构成的，其中 x 和 y 都是非负整数。因而，集合 S 是一个无穷集合，其中最小的几个元素依次为 1, 3, 4, 9, 12, 16, 27, … 。如果某个正整数 n 能表示成集合 S 中的一个或多个不重复的数之和，我们就说 n 是集合 S 的一个子集和。例如， 23 就是 S 的一个子集和，因为 23 可以表示成 3 + 4 + 16 。然而， 6 就不是 S 的一个子集和。
求证：除了有限多个正整数以外，其他所有的正整数都是集合 S 的子集和。
2015 年 IMO 的第 1 题很有意思。假设 S 是平面上的某个点集。如果对于 S 中的任意两点 A 、 B ，我们都能在 S 中找到一个点 C 满足 AC = BC ，我们就说这个点集 S 是平衡的。如果对于 S 中的任意三点 A 、 B 、 C ，我们都无法在 S 中找到一个点 P 满足 PA = PB = PC ，我们就说这个点集 S 是无中心的。这道题有两个小问。
房间的正中间悬浮着一个正方形的金属框。五位画家看到这般奇迹后，立即拿出纸和笔，把这个金属框的样子画了下来。但是，由于五位画家观察这个金属框的角度不同，它们画出来的结果也互不相同。请问，这五位画家画出来的结果都是对的吗？换句话说，有没有哪一幅图或者哪几幅图根本不可能是一个正方形的透视图？
波兰数学家 Wacław Sierpiński 对数论有很多研究。在他一生出版的 50 多本书里， 250 Problems of Elementary Number Theory 一书显得格外有趣。这里面不但有各种出人意料的数学事实，还有很多精妙的证明和大胆的构造，让人大呼过瘾。我从中选择了一些问题，在这里和大家一块儿分享。下面的文字没有完全照搬书中的内容，而是做了大量的改动和扩展；若有出错的地方，还请大家指正。个别题目会涉及一些初等数论中的著名定理，它们都可以在这篇文章里找到。
有时，为了说明某个式子始终成立，我们会为它构造一个情境。例如，为了说明
C(m, 0) · C(w, r) + C(m, 1) · C(w, r – 1) + … + C(m, r) · C(w, 0) = C(m + w, r)
始终成立，只需要注意到，等号的左边和右边计算的都是同一个东西：假如一个班上有 m 个男生 w 个女生，从中选出 r 个人有多少种方案。等号左边的计算方式是，分别计算 0 男 r 女、 1 男 r – 1 女、 2 男 r – 2 女等 r + 1 种情况的方案数，然后把它们加起来。等号右边则是直接算出了从这 m + w 个人中选出 r 个人的方案数。两种算法所得的答案应该是相等的。
现在，请你构造一个情境，来说明不等式
(1 – pm)n + (1 – qn)m ≥ 1
总成立，其中 m 、 n 是任意正整数， p 、 q 是任意正实数，并且满足 p + q ≤ 1 。