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番外 · 题谱 · 2022 · P10

2022 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 2022 C2 combinatorics

The Bank of Oslo issues coins made out of two types of metal: aluminium (denoted A) and copper (denoted CC ). Morgane has nn aluminium coins, and nn copper coins, and arranges her 2n2 n coins in a row in some arbitrary initial order. Given a fixed positive integer k2nk \leq 2 n, she repeatedly performs the following operation: identify the largest subsequence containing the kk-th coin from the left which consists of consecutive coins made of the same metal, and move all coins in that subsequence to the left end of the row. For example, if n=4n=4 and k=4k=4, the process starting from the configuration AACCCACAA A C C C A C A would be AACCCACACCCAAACAAAACCCCACCCCAAAAA A C C C A C A \rightarrow C C C A A A C A \rightarrow A A A C C C C A \rightarrow C C C C A A A A \rightarrow \cdots Find all pairs (n,k)(n, k) with 1k2n1 \leq k \leq 2 n such that for every initial configuration, at some point of the process there will be at most one aluminium coin adjacent to a copper coin. (France)

奥斯陆银行发行由两种金属制成的硬币:铝(表示为 A)和铜(表示为 CC)。 Morgane 有 nn 铝币和 nn 铜币,并以某种任意的初始顺序将她的 2n2 n 硬币排成一排。给定一个固定正整数 k2nk \leq 2 n,她重复执行以下操作:找出包含左侧第 kk 个硬币(由相同金属制成的连续硬币组成)的最大子序列,并将该子序列中的所有硬币移动到该行的左端。例如,如果 n=4n=4k=4k=4,则从配置 AACCCACAA A C C C A C A 开始的过程将为 AACCCCACACCCAAACAAAACCCCACCCCAAAAA A C C C C A C A \rightarrow C C C A A A C A \rightarrow A A A C C C C A \rightarrow C C C C A A A A \rightarrow \cdots 查找所有 (n,k)(n, k)1k2n1 \leq k \leq 2 n 的对,这样对于每个初始配置,在该过程的某个时刻,最多会出现一枚铝币与一枚铜币相邻。 (法国)

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。2022 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?