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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / C7 · combinatorics

2020 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 2020 C7 combinatorics

Consider any rectangular table having finitely many rows and columns, with a real number a(r,c)a(r, c) in the cell in row rr and column cc. A pair (R,C)(R, C), where RR is a set of rows and CC a set of columns, is called a saddle pair if the following two conditions are satisfied: (i) For each row rr^{\prime}, there is rRr \in R such that a(r,c)a(r,c)a(r, c) \geq a\left(r^{\prime}, c\right) for all cCc \in C; (ii) For each column cc^{\prime}, there is cCc \in C such that a(r,c)a(r,c)a(r, c) \leq a\left(r, c^{\prime}\right) for all rRr \in R. A saddle pair (R,C)(R, C) is called a minimal pair if for each saddle pair ( R,CR^{\prime}, C^{\prime} ) with RRR^{\prime} \subseteq R and CCC^{\prime} \subseteq C, we have R=RR^{\prime}=R and C=CC^{\prime}=C. Prove that any two minimal pairs contain the same number of rows. (Thailand)

考虑任何具有有限行和列的矩形表,行 rr 和列 cc 的单元格中有一个实数 a(r,c)a(r, c)。一对 (R,C)(R, C),其中 RR 是一组行,CC 是一组列,如果满足以下两个条件,则称为鞍对: (i) 对于每行 rr^{\prime},在 R中存在中存在r \in R,使得,使得a(r, c) \geq a\left(r^{\prime}, c\right)对于所有对于所有c \in C(ii)对于每一列; (ii) 对于每一列c^{\prime},存在,存在c \in C,使得,使得a(r, c) \leq a\left(r, c^{\prime}\right)对于所有对于所有r \in R。鞍对。鞍对(R, C)称为最小对,如果对于每个鞍对(称为最小对,如果对于每个鞍对 (R^{\prime}, C^{\prime})以及) 以及R^{\prime} \subseteq RC^{\prime} \subseteq C,我们有,我们有R^{\prime}=RC^{\prime}=C$。证明任意两个最小对包含相同的行数。 (泰国)

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。2020 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?