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番外 · 题谱 · 2023 · P11

2023 IMO Shortlist C4

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 2023 C4 combinatorics

Let n2n \geq 2 be a positive integer. Paul has a 1×n21 \times n^{2} rectangular strip consisting of n2n^{2} unit squares, where the ith i^{\text {th }} square is labelled with ii for all 1in21 \leq i \leq n^{2}. He wishes to cut the strip into several pieces, where each piece consists of a number of consecutive unit squares, and then translate (without rotating or flipping) the pieces to obtain an n×nn \times n square satisfying the following property: if the unit square in the ith i^{\text {th }} row and jth j^{\text {th }} column is labelled with aija_{i j}, then aij(i+j1)a_{i j}-(i+j-1) is divisible by nn. Determine the smallest number of pieces Paul needs to make in order to accomplish this.

n2n \geq 2 为正整数。 Paul 有一个由 n2n^{2} 个单位方块组成的 1×n21 \times n^{2} 矩形条,其中 ith i^{\text {th }} 方块对于所有 1in21 \leq i \leq n^{2} 都标有 ii。他希望将条带切成几块,每块由许多连续的单位方块组成,然后平移(不旋转或翻转)这些块以获得满足以下性质的 n×nn \times n 方块:如果 ith i^{\text {th }} 行和 jth j^{\text {th }} 列中的单位方块被标记为 aija_{i j},则 aij(i+j1)a_{i j}-(i+j-1) 是可整除的由nn。确定保罗为了完成这个任务需要制作的最少零件数量。

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。2023 年 IMO Shortlist C4 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?