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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / C6 · combinatorics

2019 IMO Shortlist C6

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 2019 C6 combinatorics

Let n>1n>1 be an integer. Suppose we are given 2n2 n points in a plane such that no three of them are collinear. The points are to be labelled A1,A2,,A2nA_{1}, A_{2}, \ldots, A_{2 n} in some order. We then consider the 2n2 n angles A1A2A3,A2A3A4,,A2n2A2n1A2n,A2n1A2nA1\angle A_{1} A_{2} A_{3}, \angle A_{2} A_{3} A_{4}, \ldots, \angle A_{2 n-2} A_{2 n-1} A_{2 n}, \angle A_{2 n-1} A_{2 n} A_{1}, A2nA1A2\angle A_{2 n} A_{1} A_{2}. We measure each angle in the way that gives the smallest positive value (i.e. between 00^{\circ} and 180180^{\circ} ). Prove that there exists an ordering of the given points such that the resulting 2n2 n angles can be separated into two groups with the sum of one group of angles equal to the sum of the other group.

n>1n>1 为整数。假设我们在平面上有 2n2 n 个点,其中没有三个点共线。这些点将以某种顺序标记为 A1A2A2nA_{1}、A_{2}、\ldots、A_{2 n}。然后我们考虑2n2 nA1A2A3,A2A3A4,,A2n2A2n1A2n,A2n1A2nA1\angle A_{1} A_{2} A_{3}, \angle A_{2} A_{3} A_{4}, \ldots, \angle A_{2 n-2} A_{2 n-1} A_{2 n}, \angle A_{2 n-1} A_{2 n} A_{1}, A2nA1A2\angle A_{2 n} A_{1} A_{2}。我们以给出最小正值的方式测量每个角度(即在 00^{\circ}180180^{\circ} 之间)。证明给定点存在排序,使得所得的 2n2 n 角度可以分为两组,其中一组角度的总和等于另一组角度的总和。

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。2019 年 IMO Shortlist C6 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?