灯下 登录
番外 · 题谱 · 2008 · P3

2008 USAMO 第 3 题

数论 · P3/P6 · 压轴题

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。

USAMO 2008 P3 number-theory

Let nn be a positive integer. Denote by SnS_n the set of points (x,y)(x, y) with integer coordinates such that

x+y+12<n\left|x\right| + \left|y + \frac {1}{2}\right| < n

A path is a sequence of distinct points (x1,y1),(x2,y2),,(x,y)(x_1 , y_1 ), (x_2 , y_2 ), \ldots , (x_\ell, y_\ell) in SnS_n such that, for i=2,,i = 2, \ldots , \ell, the distance between (xi,yi)(x_i , y_i ) and (xi1,yi1)(x_{i - 1} , y_{i - 1} ) is 11 (in other words, the points (xi,yi)(x_i , y_i ) and (xi1,yi1)(x_{i - 1} , y_{i - 1} ) are neighbors in the lattice of points with integer coordinates). Prove that the points in SnS_n cannot be partitioned into fewer than nn paths (a partition of SnS_n into mm paths is a set P\mathcal{P} of mm nonempty paths such that each point in SnS_n appears in exactly one of the mm paths in P\mathcal{P}).

nn 为正整数。用 SnS_n 表示具有整数坐标的点集 (x,y)(x, y),使得

$$

\左|x\右| + \left|y + \frac {1}{2}\right| <n

$$

路径是 SnS_n 中一系列不同的点 (x1,y1),(x2,y2),,(x,y)(x_1 , y_1 ), (x_2 , y_2 ), \ldots , (x_\ell, y_\ell) ,这样,对于 i=2,,i = 2, \ldots , \ell(xi,yi)(x_i , y_i )(xi1,yi)之间的距离1)(x_{i - 1} , y_{i - ) 之间的距离1} )11(换句话说,点 (xi,yi)(x_i , y_i )(xi1,yi1)(x_{i - 1} , y_{i - 1} ) 是具有整数坐标的点阵中的邻居)。证明 SnS_n 中的点不能划分为少于 nn 路径(将 SnS_n 划分为 mm 路径是 mm 个非空路径的 P\mathcal{P} 集合,使得 SnS_n 中的每个点恰好出现在 P\mathcal{P} 中的 mm 路径之一中)。

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。2008 年 USAMO P3 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?