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番外 · 题谱 · 2011 · P12

2011 IMO Shortlist C6

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 2011 C6 combinatorics

Let nn be a positive integer and let W=x1x0x1x2W=\ldots x_{-1} x_{0} x_{1} x_{2} \ldots be an infinite periodic word consisting of the letters aa and bb. Suppose that the minimal period NN of WW is greater than 2n2^{n}. A finite nonempty word UU is said to appear in WW if there exist indices kk \leq \ell such that U=xkxk+1xU=x_{k} x_{k+1} \ldots x_{\ell}. A finite word UU is called ubiquitous if the four words Ua,Ub,aUU a, U b, a U, and bUb U all appear in WW. Prove that there are at least nn ubiquitous finite nonempty words.

nn为正整数,设W=x1x0x1x2W=\ldots x_{-1} x_{0} x_{1} x_{2} \ldots为由字母aabb组成的无限周期词。假设WW的最小周期NN大于2n2^{n}。如果存在索引 kk \leq \ell 使得 U=xkxk+1xU=x_{k} x_{k+1} \ldots x_{\ell},则称有限非空词 UU 出现在 WW 中。如果四个词 UaUbaUU a、U b、a UbUb U 都出现在 WW 中,则有限词 UU 被称为无处不在。证明至少有 nn 个普遍存在的有限非空词。

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。2011 年 IMO Shortlist C6 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?