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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / C1 · combinatorics

2021 IMO Shortlist C1

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 2021 C1 combinatorics

Let SS be an infinite set of positive integers, such that there exist four pairwise distinct a,b,c,dSa, b, c, d \in S with gcd(a,b)gcd(c,d)\operatorname{gcd}(a, b) \neq \operatorname{gcd}(c, d). Prove that there exist three pairwise distinct x,y,zSx, y, z \in S such that gcd(x,y)=gcd(y,z)gcd(z,x)\operatorname{gcd}(x, y)=\operatorname{gcd}(y, z) \neq \operatorname{gcd}(z, x).

SS 为正整数的无限集合,使得 S中存在四个成对不同的中存在四个成对不同的a, b, c, d 和 gcd(a,b)gcd(c,d)\operatorname{gcd}(a, b) \neq \operatorname{gcd}(c, d)。证明 S中存在三个成对不同的中存在三个成对不同的x, y, z 使得 gcd(x,y)=gcd(y,z)gcd(z,x)\operatorname{gcd}(x, y)=\operatorname{gcd}(y, z) \neq \operatorname{gcd}(z, x)

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。2021 年 IMO Shortlist C1 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?