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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / C4 · combinatorics

2008 IMO Shortlist C4

题面据 IMO Shortlist 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。

IMO Shortlist 2008 C4 combinatorics

Let nn and kk be fixed positive integers of the same parity, knk \geq n. We are given 2n2 n lamps numbered 1 through 2n2 n; each of them can be on or off. At the beginning all lamps are off. We consider sequences of kk steps. At each step one of the lamps is switched (from off to on or from on to off). Let NN be the number of kk-step sequences ending in the state: lamps 1,,n1, \ldots, n on, lamps n+1,,2nn+1, \ldots, 2 n off. Let MM be the number of kk-step sequences leading to the same state and not touching lamps n+1,,2nn+1, \ldots, 2 n at all. Find the ratio N/MN / M.

nnkk 为相同奇偶校验的固定正整数,knk \geq n。我们得到了 2n2 n 灯,编号为 1 到 2n2 n;它们每个都可以打开或关闭。开始时所有灯都关闭。我们考虑 kk 个步骤的序列。每一步都会切换一个灯(从关闭到打开或从打开到关闭)。令 NN 为以以下状态结束的 kk 步序列的数量:灯 1,,n1, \ldots, n 打开,灯 n+1,,2nn+1, \ldots, 2 n 关闭。令 MM 为导致相同状态并且根本不接触灯 n+1,,2nn+1, \ldots, 2 nkk 步序列的数量。求比率 N/MN / M

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。2008 年 IMO Shortlist C4 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?