题面据 USAMO 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。
Let be an integer greater than 1. Suppose points are given in the plane, no three of which are collinear. Suppose of the given points are colored blue and the other colored red. A line in the plane is called a balancing line if it passes through one blue and one red point and, for each side of the line, the number of blue points on that side is equal to the number of red points on the same side.
Prove that there exist at least two balancing lines.
令 为大于 1 的整数。假设平面上有 个点,其中没有三个点共线。假设给定的 点中的 为蓝色,其他 为红色。平面中的一条线如果经过一个蓝点和一个红点,并且对于线的每一侧,该侧的蓝点数量等于同一侧的红点数量,则该线称为平衡线。
证明至少存在两条平衡线。
提示 1
先看同余、整除、最大公因数和 p 进赋值。
提示 2
把整数条件转成同余方程、指数比较或下降过程。
提示 3
若要存在性,用构造;若要唯一性,用最小反例、无限下降或模限制。
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。2005 年 USAMO P5 可先归入数论: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?