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番外 · 题谱 · 2001 · P10

2001 IMO Shortlist S10

数论 · P3/P6 · 压轴题

题面据 IMO Shortlist 可核档案整理;中文题意为本站自译,公式请以原始来源为准。

IMO Shortlist 2001 S10 number-theory

For a positive integer nn define a sequence of zeros and ones to be *balanced* if it contains nn zeros and nn ones. Two balanced sequences aa and bb are *neighbors* if you can move one of the 2n2n symbols of aa to another position to form bb . For instance, when n=4n = 4 , the balanced sequences 0110100101101001 and 0011010100110101 are neighbors because the third (or fourth) zero in the first sequence can be moved to the first or second position to form the second sequence. Prove that there is a set SS of at most 1n+1(2nn)\frac{1}{n+1} \binom{2n}{n} balanced sequences such that every balanced sequence is equal to or is a neighbor of at least one sequence in SS .

对于正整数 nn,如果它包含 nn 个零和 nn 个,则定义要*平衡*的零和一序列。如果您可以将 aa2n2n 符号之一移动到另一个位置以形成 bb ,则两个平衡序列 aabb 是*邻居*。例如,当 n=4n = 4 时,平衡序列 01101001011010010011010100110101 是邻居,因为第一个序列中的第三个(或第四个)零可以移动到第一个或第二个位置以形成第二个序列。证明存在一组 SS 至多 1n+1(2nn)\frac{1}{n+1} \binom{2n}{n} 平衡序列,使得每个平衡序列等于 SS 中的至少一个序列或者是 SS 中至少一个序列的邻居。

提示 1

先看同余、整除、最大公因数和 p 进赋值。

提示 2

把整数条件转成同余方程、指数比较或下降过程。

提示 3

若要存在性,用构造;若要唯一性,用最小反例、无限下降或模限制。

完整解答

这页先给题面、题型和提示阶梯,完整证明留给读者逐步展开。2001 年 IMO Shortlist S10 可先归入数论:第一步把题设翻成对象、条件、目标三行;第二步沿提示寻找不变量、标准构型或关键变形;第三步补齐边界情形,并回到题目原要求核对。

这题适合先独立想一轮再打开提示。不要急着搜索完整解答,先问自己:题面里最硬的限制是哪一句?