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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / C5 · combinatorics

2011 IMO Shortlist C5

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 C5 combinatorics

Let mm be a positive integer and consider a checkerboard consisting of mm by mm unit squares. At the midpoints of some of these unit squares there is an ant. At time 0 , each ant starts moving with speed 1 parallel to some edge of the checkerboard. When two ants moving in opposite directions meet, they both turn 9090^{\circ} clockwise and continue moving with speed 1 . When more than two ants meet, or when two ants moving in perpendicular directions meet, the ants continue moving in the same direction as before they met. When an ant reaches one of the edges of the checkerboard, it falls off and will not re-appear. Considering all possible starting positions, determine the latest possible moment at which the last ant falls off the checkerboard or prove that such a moment does not necessarily exist.

mm 为正整数,并考虑由 mm × mm 个单位方块组成的棋盘。在其中一些单位方块的中点有一只蚂蚁。在时间 0 处,每只蚂蚁开始以速度 1 平行于棋盘的某些边缘移动。当两只向相反方向移动的蚂蚁相遇时,它们都会顺时针转动 9090^{\circ} 并继续以速度 1 移动。当超过两只蚂蚁相遇时,或者当两只沿垂直方向移动的蚂蚁相遇时,蚂蚁继续沿相遇前相同的方向移动。当一只蚂蚁到达棋盘边缘之一时,它会掉下来并且不会再次出现。考虑所有可能的起始位置,确定最后一只蚂蚁从棋盘上掉下来的最晚可能时刻,或者证明这样的时刻不一定存在。

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 C5 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?