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。
An empty cube is given, and a grid of square unit cells is drawn on each of its six faces. A beam is a rectangular prism. Several beams are placed inside the cube subject to the following conditions:
- The two faces of each beam coincide with unit cells lying on opposite faces of the cube. (Hence, there are possible positions for a beam.)
- No two beams have intersecting interiors.
- The interiors of each of the four faces of each beam touch either a face of the cube or the interior of the face of another beam.
What is the smallest positive number of beams that can be placed to satisfy these conditions?
给出一个空的 立方体,并在其六个面的每个面上绘制一个 方形晶胞网格。梁是一个 矩形棱镜。在满足以下条件的情况下,将多根梁放置在立方体内:
- 每根梁的两个 面与位于立方体相对面上的晶胞重合。 (因此,梁的可能位置有 个。)
- 没有两根梁具有相交的内部。
- 每根梁的四个 面的内部接触立方体的一个面或另一个梁的面的内部。
满足这些条件可以放置的最小正数梁是多少?
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。2020 年 USAMO P2 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?