Maths Olympiad Prep

Library / /56 of 61

Combinatorics Difficulty 7.0 National olympiad, round 2 Prove it Ukraine

In Nottingham city, 100 riches reside, and each of them owns at least one million of gold coins. Robin Hood develops plans to raid them. Each plan consists in stealing same number of gold coins (not exceeding one million) from each of the riches. Prove that, no matter what wealths of the riches are, Robin Hood can develop at least 100 raiding plans such that for two different plans PP' and PP'' there no two riches BB' and BB'' such that BB' would have the same number of gold coins after the raiding plan PP' as BB'' after the raiding plan PP''.

Solution

Без обмеження загальності можна вважати, що всі багатії мають різну кількість монет. Тоді задачу можна переформулювати так: нехай AA — довільна 100-елементна множина з натуральних чисел, кожне з яких не менше від мільйона. Тоді знайдуться такі різні числа t1,t2,,t100t_1, t_2, \dots, t_{100}, які не перевищують мільйона, що множини Ai=Ati={xtixA}A_i = A - t_i = \{x - t_i \mid x \in A\} попарно не перетинаються.

Нехай D={xyx,yA}D = \{x - y \mid x, y \in A\}. Очевидно, що умова AiAj=A_i \cap A_j = \emptyset рівносильна тому, що titjDt_i - t_j \notin D. Помітимо, що в множині DD не більше за 1002=104100^2 = 10^4 елементів. Будемо вибирати числа tit_i послідовно. Число t1t_1 виберемо довільно. Якщо числа t1,t2,,tkt_1, t_2, \dots, t_k вибрано, то число tk+1t_{k+1} потрібно вибрати так, щоб воно не лежало в жодній з множин t1+D,t2+D,,tk+Dt_1 + D, t_2 + D, \dots, t_k + D. Для k<100k < 100 такий вибір можливий, оскільки загалом у цих множинах не більше за 99104<10699 \cdot 10^4 < 10^6 елементів.

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.