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番外 · 题谱 · 2021 · P11

2021 IMO Shortlist C3

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 C3 combinatorics

A thimblerigger has 2021 thimbles numbered from 1 through 2021. The thimbles are arranged in a circle in arbitrary order. The thimblerigger performs a sequence of 2021 moves; in the kth k^{\text {th }} move, he swaps the positions of the two thimbles adjacent to thimble kk. Prove that there exists a value of kk such that, in the kth k^{\text {th }} move, the thimblerigger swaps some thimbles aa and bb such that a<k<ba<k<b.

顶针装配工有 2021 个顶针,编号从 1 到 2021。顶针以任意顺序排列在圆圈中。顶针操纵者执行一系列 2021 个动作;在kth k^{\text {th }}移动中,他交换了与顶针kk相邻的两个顶针的位置。证明存在 kk 的值,使得在 kth k^{\text {th }} 移动中,顶针装配者交换了一些顶针 aabb,使得 a<k<ba<k<b

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 C3 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?