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番外 · 题谱 · 2017 · P14

2017 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 2017 C6 combinatorics

Let n>1n>1 be an integer. An n×n×nn \times n \times n cube is composed of n3n^{3} unit cubes. Each unit cube is painted with one color. For each n×n×1n \times n \times 1 box consisting of n2n^{2} unit cubes (of any of the three possible orientations), we consider the set of the colors present in that box (each color is listed only once). This way, we get 3n3 n sets of colors, split into three groups according to the orientation. It happens that for every set in any group, the same set appears in both of the other groups. Determine, in terms of nn, the maximal possible number of colors that are present. (Russia)

n>1n>1 为整数。一个 n×n×nn \times n \times n 立方体由 n3n^{3} 个单位立方体组成。每个单位立方体都涂有一种颜色。对于每个由 n2n^{2} 单位立方体(三个可能方向中的任何一个)组成的 n×n×1n \times n \times 1 盒子,我们考虑该盒子中存在的颜色集(每种颜色仅列出一次)。这样,我们就得到了 3n3 n 组颜色,根据方向分为三组。碰巧对于任何组中的每个集合,相同的集合都出现在其他两个组中。根据 nn 确定存在的最大可能颜色数。 (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。2017 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?