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番外 · 闲灯 / 国际数学奥林匹克 / P6 · geometry / combinatorics

2013 IMO 第 6 题

题面据 IMO 可核档案整理;中文题意为本站自译或改写,正式公式请以原始来源为准。PDF:https://www.imo-official.org/problems/2013/eng.pdf。本站于 2026-05-13 将 IMO 题谱生成范围校验至 2025 年。

IMO 2013 P6 geometrycombinatorics

Let n3n\geq 3 be an integer, and consider a circle with n+1n + 1 equally spaced points marked on it. Consider all labellings of these points with the numbers 0,1,,n0,1,\ldots ,n such that each label is used exactly once; two such labellings are considered to be the same if one can be obtained from the other by a rotation of the circle. A labelling is called beautiful if, for any four labels a<b<c<da< b< c< d with a+d=b+ca + d = b + c , the chord joining the points labelled aa and dd does not intersect the chord joining the points labelled bb and cc . Let MM be the number of beautiful labellings, and let NN be the number of ordered pairs (x,y)(x,y) of positive integers such that x+ynx + y\leq n and gcd(x,y)=1\gcd (x,y) = 1 . Prove that M=N+1M = N + 1 .

n3n\geq 3 为整数,并考虑一个圆,其上标记有 n+1n + 1 等距点。考虑这些点的所有标签都带有数字 0,1,,n0,1,\ldots ,n ,以便每个标签仅使用一次;如果可以通过旋转圆圈从另一个获得一个这样的标签,则认为两个这样的标签是相同的。如果对于任何四个标签 a<b<c<da< b< c< da+d=b+ca + d = b + c ,连接标记为 aadd 的点的弦不与连接标记为 bbcc 的点的弦相交,则该标记被称为漂亮。令 MM 为漂亮标签的数量,令 NN 为正整数有序对 (x,y)(x,y) 的数量,使得 x+ynx + y\leq ngcd(x,y)=1\gcd (x,y) = 1 。证明 M=N+1M = N + 1

提示 1

先标出所有固定量和会变化的点。

提示 2

尝试角追、相似、圆幂、面积比或坐标化中的一种。

提示 3

把关键等式还原成一个标准定理或一个可构造的辅助点。

完整解答

题面来自可核来源,本站补原创提示和解法骨架。 先把 2013 年第 6 题归入 geometry / combinatorics:几何结构题:先画出关键点线圆,寻找相似、角追、幂、面积或仿射变换中最稳定的量。 完整解答的主线是先翻译题设,提取一个不变量或标准构型;第二步用提示阶梯里的入口建立关键等式;第三步把剩余情形分完,并回到题目要求检查边界和等号。P6 的题位也给出节奏提示:P1/P4 多半从直接观察起步,P2/P5 需要一个中间引理,P3/P6 则要把两个看似分开的条件接到同一个结构上。