Maths Olympiad Prep

Library / /140 of 152

Combinatorics Difficulty 7.5 National Olympiad, round 2 Prove it Russia

Pete and Basil play the following game on a checkered n×nn \times n board. Initially the whole board is white except for one corner square which is black; a rook is put onto this square. The players move alternately, Pete moves first. On each turn, a player moves a rook to another square horizontally or vertically. Immediately after that, all the squares passed by a rook (including the square where the move results) become black. It is prohibited to move a rook to or across any black square. The player who cannot move loses. Which of the players has a winning strategy? (N. Polyansky)

Solution

Одна из выигрышных стратегий для Пети состоит в том, чтобы каждым своим ходом делать самый длинный из возможных вертикальных ходов (например, первым ходом он пойдёт по вертикали в другой угол доски). Покажем, что, действуя согласно ей, он выиграет.

Назовём белую клетку достижимой, если из текущего положения ладьи в неё можно попасть за несколько ходов по белым клеткам. Покажем, что в любой момент Петя сможет сходить, причём после каждого его хода все достижимые клетки образуют несколько (не более двух) прямоугольников, в каждом из которых число строк больше числа столбцов, причём для каждого из них ладья стоит в клетке, соседней с угловой по горизонтали. Для первого хода Петя это верно.

Далее, если после некоторого его хода это так, то Вася выпущен ходить в один из полученных прямоугольников по горизонтали. Пусть в этом прямоугольнике rr строк и cc столбцов, а Вася сходит на vcv \le c клеток. После этого хода клетки оставшегося прямоугольника (если он был) перестанут быть достижимыми (см. рис. 16).

Figure 1

Поскольку rc+12r \ge c+1 \ge 2, у Пети остаётся возможность вертикального хода. После этого хода достижимые клетки будут образовывать прямоугольники r×(cv)r \times (c-v) и (r1)×(v1)(r-1) \times (v-1). В каждом из них строк больше, чем столбцов, ибо r>c>cvr > c > c-v и r1>c1v1r-1 > c-1 \ge v-1. При этом ладья стоит в клетке, соседней по горизонтали с угловой в каждом из этих прямоугольников; это и требовалось доказать.

Итак, мы, в частности, доказали, что Петя всегда сможет сделать ход. При этом когда-нибудь игра закончится, ибо количество белых клеток уменьшается. Значит, он выиграет.

Want a route through all this instead of an archive? The track puts 2,000 problems in a working order, from AMC 10 level to the IMO shortlist.

Source: MathNet, licensed CC-BY-4.0. Statement reproduced verbatim; metadata (topic, difficulty) added by this project.