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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / C4 · combinatorics

2021 IMO Shortlist C4

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 C4 combinatorics

The kingdom of Anisotropy consists of nn cities. For every two cities there exists exactly one direct one-way road between them. We say that a path from XX to YY is a sequence of roads such that one can move from XX to YY along this sequence without returning to an already visited city. A collection of paths is called diverse if no road belongs to two or more paths in the collection. Let AA and BB be two distinct cities in Anisotropy. Let NABN_{A B} denote the maximal number of paths in a diverse collection of paths from AA to BB. Similarly, let NBAN_{B A} denote the maximal number of paths in a diverse collection of paths from BB to AA. Prove that the equality NAB=NBAN_{A B}=N_{B A} holds if and only if the number of roads going out from AA is the same as the number of roads going out from BB.

各向异性王国由 nn 个城市组成。对于每两个城市,它们之间恰好存在一条直接的单向道路。我们说从 XX 到 YY 的路径是一系列道路,这样人们可以沿着这个序列从 XX 移动到 YY 而无需返回已经访问过的城市。如果没有一条道路属于集合中的两条或更多条路径,则该路径的集合称为多样化的。令 AA 和 BB 为 Anisotropy 中两个不同的城市。令 NABN_{A B} 表示从 AA 到 BB 的不同路径集合中的最大路径数。类似地,令 NBAN_{B A} 表示从 BB 到 AA 的不同路径集合中的最大路径数。证明等式NAB=NBAN_{A B}=N_{B A}成立当且仅当从AA出去的道路数量与从BB出去的道路数量相同。

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 C4 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?