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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / C5 · combinatorics

2021 IMO Shortlist C5

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 C5 combinatorics

Let nn and kk be two integers with n>k1n>k \geq 1. There are 2n+12 n+1 students standing in a circle. Each student SS has 2k2 k neighbours - namely, the kk students closest to SS on the right, and the kk students closest to SS on the left. Suppose that n+1n+1 of the students are girls, and the other nn are boys. Prove that there is a girl with at least kk girls among her neighbours.

nnkk 为两个整数且n>k1n>k \geq 1。有 2n+12 n+1 学生围成一圈。每个学生 SS2k2 k 个邻居 - 即,右边最接近 SSkk 学生,以及左边最接近 SSkk 学生。假设 n+1n+1 名学生是女生,其余 nn 是男生。证明有一个女孩的邻居中至少有 kk 个女孩。

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 C5 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?