The numbers 1,2,…,10000 are placed into the cells of a square grid 100×100 (each number appears exactly once) so that every two numbers which differ by 1 are placed into two cells sharing a common side. Consider the 5000 pairs of cells containing the numbers that differ by 5000. For each pair, calculate the distance between the centers of its cells. Let S be the minimum of these distances. Find the maximal possible value of S.
В клетки квадрата 100×100 расставили числа 1,2,…,10000, каждое — по одному разу; при этом числа, различающиеся на 1, записаны в соседних по стороне клетках. После этого посчитали расстояния между центрами каждого двух клеток, числа в которых различаются ровно на 5000. Пусть S — минимальное из этих расстояний. Какое наибольшее значение может принимать S?
Solution
Ответ. 502.
Пронумеруем в квадрате строки (снизу вверх) и столбцы (слева направо) числами от 1 до 100; будем обозначать клетку парой номеров ее строки и столбца. Назовем расстоянием между клетками расстояние между их центрами. Клетки назовем парными, если числа в них различаются на 5000.
Заметим, что расстояние от клетки (50,50) до любой другой (в частности, до парной ей) не превосходит 502+502=502. Значит, и минимальное расстояние между парными клетками также не превосходит 502. Осталось привести пример, когда этот минимум достигается.
Разобьем наш квадрат на четыре квадрата 50×50. Расставим числа 1–2500 согласно правилам в левом нижнем квадрате так, чтобы число 1 стояло в клетке (1,1), а число 2500 — в клетке (50,1) (это возможно; например, первые 50 чисел в первом столбце, вторые — во втором и т.д.). Далее, если число a∈[1,2500] стоит в клетке (i,k), то поставим числа a+2500, a+5000 и a+7500 соответственно в клетки (k+50,i), (k+50,i+50) и (51−i,101−k). Нетрудно видеть, что при этом числа по-прежнему расставлены согласно правилам (для соседних чисел в одном квадрате это очевидно; для чисел 2500–2501, 5000–5001 и 7500–7501 проверяется непосредственно).
Осталось проверить, что расстояния между парными клетками не меньше 502. Рассмотрим отрезок между любыми парными клетками. Сумма его горизонтальной и вертикальной проекций равна либо (50+k−i)+(50+i−k)=100, либо (k+50−51+i)+(101−k−i)=100, то есть она всегда равна 100. Значит, квадрат длины этого отрезка равен x2+(100−x)2=2(x−50)2+5000≥5000=(502)2, что и требовалось.
Замечание. Предъявленный пример не единственен.
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 and solution reproduced as published; topic and difficulty added by this site.