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番外 · 题谱 · 2003 · P5

2003 Putnam A5

几何 · P2/P5 · 中段题

题面据 Putnam 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。 PDF:https://kskedlaya.org/putnam-archive/2003.pdf。

Putnam 2003 A5 geometry

A Dyck nn-path is a lattice path of nn upsteps (1,1)(1,1) and nn
downsteps (1,1)(1,-1)
that starts at the origin OO and never dips below the xx-axis.
A return is a maximal sequence of contiguous downsteps that terminates
on the xx-axis. For example, the Dyck 5-path illustrated has two returns,
of length 3 and 1 respectively.

\begin{tikzpicture}[scale=.5]
\fill (0,0) circle (.2); \fill (1,1) circle (.2); \fill (2,2) circle (.2);
\fill (3,1) circle (.2); \fill (4,2) circle (.2); \fill (5,3) circle (.2);
\fill (6,2) circle (.2); \fill (7,1) circle (.2); \fill (8,0) circle (.2);
\fill (9,1) circle (.2); \fill (10,0) circle (.2);
\draw (0,0) -- (2,2) -- (3,1) -- (5,3) -- (8,0) -- (9,1) -- (10,0) -- cycle;
\draw (-.3,-.1) node[anchor=north] {OO};
\end{tikzpicture}

Show that there is a one-to-one correspondence between the Dyck nn-paths

with no return of even length and the Dyck (n1)(n-1)-paths.

Dyck nn-path 是 nn 向上的格子路径 (1,1)(1,1)nn

下台阶(1,1)(1,-1)

从原点 OO 开始,并且永远不会低于 xx 轴。

返回是终止的连续下步的最大序列

xx 轴上。例如,所示的 Dyck 5 路径有两个返回,

长度分别为3和1。

\begin{tikzpicture}[规模=.5]
\填充(0,0)圆(.2); \填充(1,1)圆(.2); \填充(2,2)圆(.2);
\填充(3,1)圆(.2); \填充(4,2)圆(.2); \填充(5,3)圆(.2);
\填充(6,2)圆(.2); \填充(7,1)圆(.2); \填充(8,0)圆(.2);
\填充(9,1)圆(.2); \填充(10,0)圆(.2);
\draw (0,0) -- (2,2) -- (3,1) -- (5,3) -- (8,0) -- (9,1) -- (10,0) -- 循环;
\draw (-.3,-.1) 节点[anchor=north] {OO};
\结束{tikz图片}

表明 Dyck nn 路径之间存在一一对应关系
没有返回偶数长度和 Dyck (n1)(n-1)-路径。

提示 1

先标出固定点、动点、角、圆和长度关系。

提示 2

尝试角追、相似、圆幂、面积比、反演或坐标化中的一种。

提示 3

把关键等式还原成标准定理,或补出一个让结构闭合的辅助点。

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。2003 年 Putnam A5 可先归入几何: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?