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番外 · 题谱 · 2005 · P5

2005 IMO Shortlist S05

几何 · P2/P5 · 中段题

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 2005 S05 geometry

Let n3n\geq 3 be a fixed integer. Each side and each diagonal of a regular nn -gon is labelled with a number from the set {1;  2;  ...;  r}\left\{1;\;2;\;...;\;r\right\} in a way such that the following two conditions are fulfilled:**1.** Each number from the set {1;  2;  ...;  r}\left\{1;\;2;\;...;\;r\right\} occurs at least once as a label.**2.** In each triangle formed by three vertices of the nn -gon, two of the sides are labelled with the same number, and this number is greater than the label of the third side.**(a)** Find the maximal rr for which such a labelling is possible.**(b)** *Harder version (IMO Shortlist 2005):* For this maximal value of rr , how many such labellings are there?

<details><summary>Easier version (5th German TST 2006) - contains answer to the harder version</summary>*Easier version (5th German TST 2006):* Show that, for this maximal value of rr , there are exactly n!(n1)!2n1\frac{n!\left(n-1\right)!}{2^{n-1}} possible labellings.</details>

*Proposed by Federico Ardila, Colombia*

n3n\geq 3 为固定整数。规则 nn 边形的每条边和每条对角线都用集合 {1;  2;  ...;  r}\left\{1;\;2;\;...;\;r\right\} 中的数字进行标记,以满足以下两个条件:**1.** 集合 {1;  2;  ...;  r}\left\{1;\;2;\;...;\;r\right\} 中的每个数字作为标签至少出现一次。**2.** 在由 nn 的三个顶点形成的每个三角形中-gon,其中两条边标有相同的数字,并且该数字大于第三边的标签。**(a)** 找到可能出现此类标签的最大 rr。**(b)** *更难版本 (IMO Shortlist 2005):* 对于 rr 的最大值,有多少个这样的标签?

<details><summary>简单版本(第 5 届德语 TST 2006) - 包含较难版本的答案</summary>*简单版本(第 5 届德语 TST 2006):* 显示,对于 rr 的最大值,恰好有 n!(n1)!2n1\frac{n!\left(n-1\right)!}{2^{n-1}} 可能的标签。</details>

*由哥伦比亚 Federico Ardila 提出*

提示 1

先标出固定点、动点、角、圆和长度关系。

提示 2

尝试角追、相似、圆幂、面积比、反演或坐标化中的一种。

提示 3

把关键等式还原成标准定理,或补出一个让结构闭合的辅助点。

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。2005 年 IMO Shortlist S05 可先归入几何: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?