Maths Olympiad Prep

Library / /58 of 152

Combinatorics Difficulty 6.1 National Olympiad Prove it Russia

Pete has put several tokens into some squares of a checkered 50×5050 \times 50 board (at most one token per square). Prove that Bazil can put at most 99 tokens into empty squares so that each row and each column contains an even number of tokens.

Solutions — 2

Solution 1

11.8. См. решение задачи 10.8.

Solution 2

Построим граф с вершинами r1,,r50r_1, \dots, r_{50}, соответствующими строкам доски, и вершинами c1,,c50c_1, \dots, c_{50}, соответствующим её столбцам. Вершины rir_i и cjc_j соединим ребром, если клетка в пересечении соответствующих строки и столбца свободна. Тогда Васина цель переформулируется так: требуется отметить не более 9999 ребер так, чтобы из каждой вершины выходило чётное число непомеченных рёбер. Действительно, если Вася поставит фишки в клетки, соответствующие отмеченным рёбрам, то в каждой строке и каждом столбце останется чётное число свободных клеток, что, очевидно, равносильно требуемому условию.

Мы докажем более общий факт: в любом графе на n2n \ge 2 вершинах можно отметить не более n1n-1 ребра так, чтобы из каждой вершины выходило чётное число непомеченных рёбер. При n=100n = 100 получаем требуемое утверждение.

Индукция по nn. База при n=2n=2 очевидна. Пусть теперь n>2n > 2. Если есть вершина степени 11, то можно пометить единственное ребро, выходящее из неё, выкинуть её вместе с этим ребром и применить к оставшемуся графу предположение индукции; в результате окажется отмеченным ещё n2n-2 ребра. Если в графе есть вершина степени 00, то достаточно выкинуть её и применить предположение индукции.

Пусть теперь степень каждой вершины не меньше 22. Выйдем из произвольной вершины по ребру, из вершины, в которую мы пришли — по другому ребру, и т.д.; этот процесс можно продолжать, пока мы не вернёмся в вершину, в которой уже побывали. Таким образом, в графе нашёлся цикл. Выкинув его рёбра из графа, мы не изменим чётностей степеней вершин; значит, достаточно отметить требуемые рёбра в оставшемся графе. Применяя к нему тот же процесс, рано или поздно мы получим граф, в котором степень некоторой вершины не превосходит 11; а для таких графов утверждение уже доказано выше.

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.