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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / C2 · combinatorics

2017 IMO Shortlist C2

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 2017 C2 combinatorics

Let nn be a positive integer. Define a chameleon to be any sequence of 3n3 n letters, with exactly nn occurrences of each of the letters a,ba, b, and cc. Define a swap to be the transposition of two adjacent letters in a chameleon. Prove that for any chameleon XX, there exists a chameleon YY such that XX cannot be changed to YY using fewer than 3n2/23 n^{2} / 2 swaps. (Australia)

nn 为正整数。将变色龙定义为 3n3 n 个字母的任意序列,其中每个字母 aba、bcc 恰好出现 nn 次。将交换定义为变色龙中两个相邻字母的换位。证明对于任何变色龙 XX,都存在变色龙 YY,使得使用少于 3n2/23 n^{2} / 2 交换无法将 XX 更改为 YY。 (澳大利亚)

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。2017 年 IMO Shortlist C2 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?