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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / C3 · combinatorics

2011 IMO Shortlist C3

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 2011 C3 combinatorics

Let S\mathcal{S} be a finite set of at least two points in the plane. Assume that no three points of S\mathcal{S} are collinear. By a windmill we mean a process as follows. Start with a line \ell going through a point PSP \in \mathcal{S}. Rotate \ell clockwise around the pivot PP until the line contains another point QQ of S\mathcal{S}. The point QQ now takes over as the new pivot. This process continues indefinitely, with the pivot always being a point from S\mathcal{S}. Show that for a suitable PSP \in \mathcal{S} and a suitable starting line \ell containing PP, the resulting windmill will visit each point of S\mathcal{S} as a pivot infinitely often. ## C4\mathrm{C} 4 Determine the greatest positive integer kk that satisfies the following property: The set of positive integers can be partitioned into kk subsets A1,A2,,AkA_{1}, A_{2}, \ldots, A_{k} such that for all integers n15n \geq 15 and all i{1,2,,k}i \in\{1,2, \ldots, k\} there exist two distinct elements of AiA_{i} whose sum is nn.

S\mathcal{S} 为平面上至少两个点的有限集。假设 S\mathcal{S} 没有三点共线。我们所说的风车是指如下的过程。从一条穿过点 PSP \in \mathcal{S} 的线 \ell 开始。围绕枢轴 PP 顺时针旋转 \ell,直到该线包含 S\mathcal{S} 的另一个点 QQ。点 QQ 现在成为新的枢轴。这个过程无限期地继续下去,枢轴始终是 S\mathcal{S} 中的一个点。证明对于合适的 PSP \in \mathcal{S} 和合适的包含 PP 的起始线 \ell,生成的风车将无限频繁地访问 S\mathcal{S} 的每个点作为枢轴。 ## C4\mathrm{C} 4 确定满足以下性质的最大正整数 kk:正整数集合可以划分为 kk 个子集 A1,A2,,AkA_{1}, A_{2}, \ldots, A_{k},这样对于所有整数 n15n \geq 15 和所有 i{1,2,,k}i \in\{1,2, \ldots, k\} 存在两个不同的元素AiA_{i} 其总和为 nn

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。2011 年 IMO Shortlist C3 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?