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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / C7 · combinatorics

2019 IMO Shortlist C7

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 C7 combinatorics

There are 60 empty boxes B1,,B60B_{1}, \ldots, B_{60} in a row on a table and an unlimited supply of pebbles. Given a positive integer nn, Alice and Bob play the following game. In the first round, Alice takes nn pebbles and distributes them into the 60 boxes as she wishes. Each subsequent round consists of two steps: (a) Bob chooses an integer kk with 1k591 \leq k \leq 59 and splits the boxes into the two groups B1,,BkB_{1}, \ldots, B_{k} and Bk+1,,B60B_{k+1}, \ldots, B_{60}. (b) Alice picks one of these two groups, adds one pebble to each box in that group, and removes one pebble from each box in the other group. Bob wins if, at the end of any round, some box contains no pebbles. Find the smallest nn such that Alice can prevent Bob from winning. (Czech Republic)

桌子上一排有 60 个空盒子 B1,,B60B_{1}, \ldots, B_{60},并且卵石无限供应。给定一个正整数 nn,Alice 和 Bob 玩以下游戏。在第一轮中,爱丽丝取出 nn 鹅卵石,并按照自己的意愿将它们分配到 60 个盒子中。随后的每一轮都包含两个步骤:(a) Bob 选择一个整数 kk,其中 1k591 \leq k \leq 59,并将盒子分为两组 B1,,BkB_{1}, \ldots, B_{k}Bk+1,,B60B_{k+1}, \ldots, B_{60}。 (b) 爱丽丝选择这两组中的一组,向该组中的每个盒子添加一颗卵石,并从另一组中的每个盒子中移除一颗卵石。如果在任何一轮结束时,某个盒子里没有卵石,鲍勃就获胜。找到最小的nn,这样爱丽丝就可以阻止鲍勃获胜。 (捷克共和国)

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 C7 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?