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番外 · 题谱 · 2012 · P12

2012 IMO Shortlist C5

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 2012 C5 combinatorics

The columns and the rows of a 3n×3n3 n \times 3 n square board are numbered 1,2,,3n1,2, \ldots, 3 n. Every square (x,y)(x, y) with 1x,y3n1 \leq x, y \leq 3 n is colored asparagus, byzantium or citrine according as the modulo 3 remainder of x+yx+y is 0,1 or 2 respectively. One token colored asparagus, byzantium or citrine is placed on each square, so that there are 3n23 n^{2} tokens of each color. Suppose that one can permute the tokens so that each token is moved to a distance of at most dd from its original position, each asparagus token replaces a byzantium token, each byzantium token replaces a citrine token, and each citrine token replaces an asparagus token. Prove that it is possible to permute the tokens so that each token is moved to a distance of at most d+2d+2 from its original position, and each square contains a token with the same color as the square.

3n×3n3 n \times 3 n 方板的列和行编号为 1,2,,3n1,2, \ldots, 3 n。每个带有 1x,y3n1 \leq x, y \leq 3 n 的正方形 (x,y)(x, y) 根据 x+yx+y 的模 3 余数分别为 0,1 或 2,被着色为芦笋色、拜占庭色或黄水晶色。每个方块上放置一个芦笋色、拜占庭色或黄水晶色的标记,因此每种颜色有 3n23 n^{2} 个标记。假设可以对标记进行排列,使得每个标记从其原始位置移动到最多 dd 的距离,每个芦笋标记替换一个拜占庭标记,每个拜占庭标记替换一个黄水晶标记,每个黄水晶标记替换一个芦笋标记。证明可以对标记进行排列,使得每个标记从其原始位置移动到最多 d+2d+2 的距离,并且每个方格包含一个与该方格颜色相同的标记。

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。2012 年 IMO Shortlist C5 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?