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2013 Putnam A4

题面据 Putnam 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。 PDF:https://kskedlaya.org/putnam-archive/2013.pdf。

Putnam 2013 A4 geometry

A finite collection of digits 00 and 11 is written around a circle.

An *arc* of length L0L \geq 0 consists of LL consecutive digits around the circle. For each arc ww, let Z(w)Z(w) and N(w)N(w) denote the number of 00's in ww and the number of 11's in ww, respectively.

Assume that Z(w)Z(w)1\left| Z(w) - Z(w') \right| \leq 1 for any two arcs w,ww, w' of the same length. Suppose that some arcs w1,,wkw_1,\dots,w_k have the property that

$$

Z = \frac{1}{k} \sum_{j=1}^k Z(w_j) \text{ and }

N = \frac{1}{k} \sum_{j=1}^k N(w_j)

$$

are both integers. Prove that there exists an arc ww with Z(w)=ZZ(w) = Z

and N(w)=NN(w) = N.

数字 0011 的有限集合写在一个圆圈周围。

长度为 L0L \geq 0 的 *arc* 由圆周围的 LL 个连续数字组成。对于每个弧ww,让Z(w)Z(w)N(w)N(w)分别表示ww00的数量和ww11的数量。

假设 Z(w)Z(w)1\left| Z(w) - Z(w') \right| \leq 1 对于任意两个相同长度的弧 w,ww, w'。假设某些弧 w1,,wkw_1,\dots,w_k 具有以下属性

$$

Z = \frac{1}{k} \sum_{j=1}^k Z(w_j) \text{ 和 }

N = \frac{1}{k} \sum_{j=1}^k N(w_j)

$$

都是整数。证明存在 wwZ(w)=ZZ(w) = Z

N(w)=NN(w) = N

提示 1

先标出固定点、动点、角、圆和长度关系。

提示 2

尝试角追、相似、圆幂、面积比、反演或坐标化中的一种。

提示 3

把关键等式还原成标准定理,或补出一个让结构闭合的辅助点。

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。2013 年 Putnam A4 可先归入几何: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?