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番外 · 题谱 · 2021 · P10

2021 IMO Shortlist C2

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 2021 C2 combinatorics

Let n3n \geq 3 be an integer. An integer mn+1m \geq n+1 is called nn-colourful if, given infinitely many marbles in each of nn colours C1,C2,,CnC_{1}, C_{2}, \ldots, C_{n}, it is possible to place mm of them around a circle so that in any group of n+1n+1 consecutive marbles there is at least one marble of colour CiC_{i} for each i=1,,ni=1, \ldots, n. Prove that there are only finitely many positive integers which are not nn-colourful. Find the largest among them.

n3n \geq 3 为整数。整数 mn+1m \geq n+1 称为 nn 彩色弹珠,如果给定无限多个具有 nn 颜色 C1C2CnC_{1}、C_{2}、\ldots、C_{n} 每种颜色的弹珠,可以将 mm 个弹珠放置在一个圆上,以便在任何一组 n+1n+1 连续弹珠中,对于每个 i=1ni=1、\ldots、n,至少有一个颜色为 CiC_{i} 的弹珠。证明只有有限多个非 nn 色的正整数。找出其中最大的一个。

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。2021 年 IMO Shortlist C2 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?