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番外 · 题谱 · 2006 · P9

2006 IMO Shortlist C3

组合 · 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 2006 C3 combinatorics

Let SS be a finite set of points in the plane such that no three of them are on a line. For each convex polygon PP whose vertices are in SS, let a(P)a(P) be the number of vertices of PP, and let b(P)b(P) be the number of points of SS which are outside PP. Prove that for every real number xx Pxa(P)(1x)b(P)=1\sum_{P} x^{a(P)}(1-x)^{b(P)}=1 where the sum is taken over all convex polygons with vertices in SS. NB. A line segment, a point and the empty set are considered as convex polygons of 2,1 and 0 vertices, respectively. (Colombia)

SS 为平面上的有限点集,其中没有三个点在一条直线上。对于每个顶点在SS内的凸多边形PP,设a(P)a(P)PP的顶点数,设b(P)b(P)SSPP之外的点数。证明对于每个实数 xx Pxa(P)(1x)b(P)=1\sum_{P} x^{a(P)}(1-x)^{b(P)}=1,其中顶点在 SS 中的所有凸多边形的总和。注意。线段、点和空集分别被视为具有 2,1 和 0 个顶点的凸多边形。 (哥伦比亚)

提示 1

先决定对象是什么:集合、图、排列、颜色、路径,还是一次操作后的状态。

提示 2

找一个极端对象、双计数式、不变量,或把限制转成图上的局部条件。

提示 3

把局部限制累加成全局矛盾,或给出覆盖全部情形的构造。

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。2006 年 IMO Shortlist C3 可先归入组合: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?