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番外 · 题谱 · 2007 · P11

2007 IMO Shortlist C4

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 2007 C4 combinatorics

Let A0=(a1,…,an)A_{0}=\left(a_{1}, \ldots, a_{n}\right) be a finite sequence of real numbers. For each k≥0k \geq 0, from the sequence Ak=(x1,…,xn)A_{k}=\left(x_{1}, \ldots, x_{n}\right) we construct a new sequence Ak+1A_{k+1} in the following way. 1. We choose a partition {1,…,n}=I∪J\{1, \ldots, n\}=I \cup J, where II and JJ are two disjoint sets, such that the expression ∣∑i∈Ixi−∑j∈Jxj∣\left|\sum_{i \in I} x_{i}-\sum_{j \in J} x_{j}\right| attains the smallest possible value. (We allow the sets II or JJ to be empty; in this case the corresponding sum is 0 .) If there are several such partitions, one is chosen arbitrarily. 2. We set Ak+1=(y1,…,yn)A_{k+1}=\left(y_{1}, \ldots, y_{n}\right), where yi=xi+1y_{i}=x_{i}+1 if i∈Ii \in I, and yi=xi−1y_{i}=x_{i}-1 if i∈Ji \in J. Prove that for some kk, the sequence AkA_{k} contains an element xx such that ∣x∣≥n/2|x| \geq n / 2. (Iran)

令 A0=(a1,…,an)A_{0}=\left(a_{1}, \ldots, a_{n}\right) 为有限实数序列。对于每个k≥0k \geq 0,从序列Ak=(x1,…,xn)A_{k}=\left(x_{1}, \ldots, x_{n}\right),我们按以下方式构造一个新序列Ak+1A_{k+1}。 1. 我们选择一个分区 {1,…,n}=I∪J\{1, \ldots, n\}=I \cup J,其中 II 和 JJ 是两个不相交的集合,使得表达式 ∣∑i∈Ixi−∑j∈Jxj∣\left|\sum_{i \in I} x_{i}-\sum_{j \in J} x_{j}\right| 获得尽可能小的值。 (我们允许集合 II 或 JJ 为空;在这种情况下,相应的总和为 0 。)如果有多个这样的分区,则任意选择一个。 2. 我们设置Ak+1=(y1,…,yn)A_{k+1}=\left(y_{1}, \ldots, y_{n}\right),其中如果i∈Ii \in I则yi=xi+1y_{i}=x_{i}+1,如果i∈Ji \in J则yi=xi−1y_{i}=x_{i}-1。证明对于某些 kk,序列 AkA_{k} 包含元素 xx,使得 ∣x∣≥n/2|x| \geq n / 2。 (伊朗)

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。2007 年 IMO Shortlist C4 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?