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番外 · 闲灯 / 亚太数学奥林匹克 / P4 · combinatorics

2021 APMO 第 4 题

题面据 APMO 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。

APMO 2021 P4 combinatorics

Given a 32×3232 \times 32 table, we put a mouse (facing up) at the bottom left cell and a piece of cheese at several other cells. The mouse then starts moving. It moves forward except that when it reaches a piece of cheese, it eats a part of it, turns right, and continues moving forward. We say that a subset of cells containing cheese is good if, during this process, the mouse tastes each piece of cheese exactly once and then falls off the table. Show that:

(a) No good subset consists of 888 cells.

(b) There exists a good subset consisting of at least 666 cells.

给定一个 32×3232 × 32 的桌子,我们将一只老鼠(面朝上)放在左下角的单元格中,并将一块奶酪放在其他几个单元格中。然后鼠标开始移动。它向前移动,只不过当它到达一块奶酪时,它会吃掉一部分,向右转,然后继续向前移动。如果在这个过程中,老鼠准确地品尝了每块奶酪一次,然后从桌子上掉下来,我们就说含有奶酪的细胞子集是好的。表明:

(a) 没有好的子集由 888 个细胞组成。

(b) 存在一个由至少 666 个细胞组成的良好子集。

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。2021 年 APMO P4 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?