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番外 · 题谱 · 2019 · P4

2019 USAMO 第 4 题

数论 · P1/P4 · 起手题

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 2019 P4 number-theory

Let nn be a nonnegative integer. Determine the number of ways that one can choose (n+1)2(n+1)^2 sets Si,j{1,2,,2n}S_{i,j}\subseteq\{1,2,\ldots,2n\}, for integers i,ji,j with 0i,jn0\leq i,j\leq n, such that:

\bullet for all 0i,jn0\leq i,j\leq n, the set Si,jS_{i,j} has i+ji+j elements; and

\bullet Si,jSk,lS_{i,j}\subseteq S_{k,l} whenever 0ikn0\leq i\leq k\leq n and 0jln0\leq j\leq l\leq n.

nn 为非负整数。确定 (n+1)2(n+1)^2 可以选择的方式数设置 Si,j{1,2,,2n}S_{i,j}\subseteq\{1,2,\ldots,2n\},对于整数 i,ji,j0i,jn0\leq i,j\leq n,这样:

\bullet 对于所有 0i,jn0\leq i,j\leq n,集合 Si,jS_{i,j}i+ji+j 个元素;和

\bullet Si,jSk,lS_{i,j}\subseteq S_{k,l} 每当 0ikn0\leq i\leq k\leq n0jln0\leq j\leq l\leq n 时。

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。2019 年 USAMO P4 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?