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番外 · 题谱 · 2013 · P13

2013 IMO Shortlist C7

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 2013 C7 combinatorics

Let n2n \geq 2 be an integer. Consider all circular arrangements of the numbers 0,1,,n0,1, \ldots, n; the n+1n+1 rotations of an arrangement are considered to be equal. A circular arrangement is called beautiful if, for any four distinct numbers 0a,b,c,dn0 \leq a, b, c, d \leq n with a+c=b+da+c=b+d, the chord joining numbers aa and cc does not intersect the chord joining numbers bb and dd. Let MM be the number of beautiful arrangements of 0,1,,n0,1, \ldots, n. Let NN be the number of pairs (x,y)(x, y) of positive integers such that x+ynx+y \leq n and gcd(x,y)=1\operatorname{gcd}(x, y)=1. Prove that M=N+1M=N+1 (Russia)

n2n \geq 2 为整数。考虑数字 0,1,,n0,1, \ldots, n 的所有循环排列;排列的 n+1n+1 轮次被认为是相等的。如果对于任何四个不同的数字 0a,b,c,dn0 \leq a, b, c, d \leq na+c=b+da+c=b+d 来说,圆形排列被称为美丽的,并且和弦连接数字 aacc 不与和弦连接数字 bbdd 相交。令MM0,1,,n0,1,\ldots,n 的漂亮排列的数量。令 NN 为正整数对 (x,y)(x, y) 的数量,使得 x+ynx+y \leq ngcd(x,y)=1\operatorname{gcd}(x, y)=1。证明M=N+1M=N+1(俄罗斯)

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。2013 年 IMO Shortlist C7 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?