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番外 · 题谱 · 2010 · P2

2010 USAMO 第 2 题

几何 · P2/P5 · 中段题

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 2010 P2 geometry

There are nn students standing in a circle, one behind the other. The students have heights h1<h2<<hnh_1 < h_2 < \ldots < h_n. If a student with height hkh_k is standing directly behind a student with height hk2h_{k-2} or less, the two students are permitted to switch places. Prove that it is not possible to make more than (n3)\binom{n}{3} such switches before reaching a position in which no further switches are possible.

nn 名学生一前一后地站成一圈。学生的身高为 h1<h2<<hnh_1 < h_2 < \ldots < h_n。如果身高为 hkh_k 的学生直接站在身高为 hk2h_{k-2} 或以下的学生后面,则允许两名学生交换位置。证明在到达不可能进行进一步切换的位置之前,不可能进行超过 (n3)\binom{n}{3} 这样的切换。

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。2010 年 USAMO P2 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?