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番外 · 题谱 · 2015 · P3

2015 USAMO 第 3 题

组合 · 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 2015 P3 combinatorics

Let S={1,2,...,n}S = \{1, 2, ..., n\}, where n1n \ge 1. Each of the 2n2^n subsets of SS is to be colored red or blue. (The subset itself is assigned a color and not its individual elements.) For any set TST \subseteq S, we then write f(T)f(T) for the number of subsets of T that are blue.

Determine the number of colorings that satisfy the following condition: for any subsets T1T_1 and T2T_2 of SS,

$$

f(T_1)f(T_2) = f(T_1 \cup T_2)f(T_1 \cap T_2).

$$

S={1,2,...,n}S = \{1, 2, ..., n\},其中 n1n \ge 1SS 的每个 2n2^n 子集都将被涂成红色或蓝色。 (子集本身被分配了颜色,而不是它的各个元素。)对于任何集合 TST \subseteq S,我们将 T 的蓝色子集的数量写为 f(T)f(T)

确定满足以下条件的着色数:对于SS的任意子集T1T_1T2T_2

f(T1)f(T2)=f(T1T2)f(T1T2)f(T_1)f(T_2) = f(T_1 \cup T_2)f(T_1 \cap T_2)。

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。2015 年 USAMO P3 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?