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番外 · 题谱 · 2011 · P6

2011 Putnam A6

组合 · P3/P6 · 压轴题

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/2011.pdf。

Putnam 2011 A6 combinatorics

Let GG be an abelian group with nn elements, and let
{g1=e,g2,,gk}G\{g_1=e,g_2,\dots,g_k\} \subsetneqq G
be a (not necessarily minimal) set of distinct generators of GG. A special
die, which randomly selects one of the elements g1,g2,...,gkg_1,g_2,...,g_k with equal
probability, is rolled mm times and the selected elements are multiplied
to produce an element gGg \in G. Prove that there exists a real number
b(0,1)b \in (0,1) such that

$$ \lim_{m\to\infty} \frac{1}{b^{2m}} \sum_{x\in G} \left(\mathrm{Prob}(g=x)

- \frac{1}{n}\right)^2 $$

is positive and finite.

GG 为具有 nn 个元素的阿贝尔群,并令

{g1=e,g2,,gk}G\{g_1=e,g_2,\dots,g_k\} \subsetneqq G

GG 的一组(不一定是最小的)不同生成器。一个特别的

die,随机选择具有相等的元素 g1,g2,...,gkg_1,g_2,...,g_k 之一

概率,滚动 mm 次,所选元素相乘

产生一个元素gGg \in G。证明存在实数

b(0,1)b \in (0,1) 使得

$$ \lim_{m\to\infty} \frac{1}{b^{2m}} \sum_{x\in G} \left(\mathrm{Prob}(g=x)

- \frac{1}{n}\right)^2 $$

是正的且有限的。

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。2011 年 Putnam A6 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?