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番外 · 题谱 · 2022 · P13

2022 IMO Shortlist C5

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 C5 combinatorics

Let m,n2m, n \geq 2 be integers, let XX be a set with nn elements, and let X1,X2,,XmX_{1}, X_{2}, \ldots, X_{m} be pairwise distinct non-empty, not necessary disjoint subsets of XX. A function f:Xf: X \rightarrow {1,2,,n+1}\{1,2, \ldots, n+1\} is called nice if there exists an index kk such that xXkf(x)>xXif(x) for all ik\sum_{x \in X_{k}} f(x)>\sum_{x \in X_{i}} f(x) \text { for all } i \neq k Prove that the number of nice functions is at least nnn^{n}. (Germany)

m,n2m, n \geq 2 为整数,令 XX 为包含 nn 个元素的集合,并令 X1,X2,,XmX_{1}, X_{2}, \ldots, X_{m}XX 的成对不同非空、不必要的不相交子集。如果存在索引 kkxXkf(x)>xXif(x) for all ik\sum_{x \in X_{k}} f(x)>\sum_{x \in X_{i}} f(x) \text { for all } i \neq k ,则函数 f:Xf: X \rightarrow {1,2,,n+1}\{1,2, \ldots, n+1\} 被称为 Nice 函数。证明 Nice 函数的数量至少为 nnn^{n}。 (德国)

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 C5 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?