Тема . ПитерГор (Санкт-Петербургская олимпиада)
Теория чисел на Питергоре
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела питергор (санкт-петербургская олимпиада)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#70483

Будем говорить, что набор чисел a ,...,a
 1     m  сильнее набора чисел b,...,b ,
 1    n  если среди всех неравенств вида a > b
 i   j  количество верных неравенств не менее чем в 2  раза превосходит количество неверных. Докажите, что не существует трех наборов A,B,C,  таких, что  A  сильнее B,  B  сильнее C,  C  сильнее A.

Источники: СпбОШ - 2022, задача 11.4(см. www.pdmi.ras.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Нам дали факт о том, что «количество верных неравенств не менее чем в 2 раза превосходит количество неверных» и просят доказать, что какой-то факт не выполнен, скорее всего мы получим противоречие с тем, что какая-то величина будет одновременно больше и меньше какого-то числа или мы сможем показать, что она не меньше и не больше некоторой числа, а значит равна ему и такой случай уже намного проще разобрать.

Подсказка 2

Давайте теперь зафиксируем произвольную тройку (A_i, B_j, C_t) и распишем для неё условие, что A сильнее B, B сильнее C, C сильнее A. А сколько вообще может быть верных неравенств при таком условии? Может попробовать оценить сверху и снизу количество верных неравенств?

Подсказка 3

Действительно, количество верных неравенств не больше чем 2, мы показали это для произвольной тройки, а сколько всего троек? Теперь попробуем понять, как ограничить эту величину снизу. Мы не пользовались тем, что «количество верных неравенств не менее чем в 2 раза превосходит количество неверных». Как раз «не менее» намекает нам о том, что мы сможем оценить снизу.

Подсказка 4

Можно посмотреть на наборы A, B и поотвечать на вопросы. А сколько можно записать неравенств вида a_i > b_j? А сколько из них должны быть верными? А мы пользовались какими-либо особенностями множеств A и B или это можно сказать для любой пары множеств?

Подсказка 5

Ура, мы получили, что количество верных неравенств не меньше чего-то, но и не больше, а значит в точности равно этому числу. Это уже хорошее условие, но на самом деле мы знаем больше! Что должно выполняться, чтобы это равенство достигалось?

Подсказка 6

Верно, количество верных неравенств должно быть ровно в 2 раза больше количества неверных! Так как мы доказываем, что такого не бывает, то в какой-то из пар наборов количество верных больше, чем в 2 раза неверных, а для числа с каким свойством неравенство было бы выполнено для всех остальных чисел?

Подсказка 7

Верно, для наибольшего из всех чисел или для наименьшего, здесь мы пользовались принципом крайнего, который часто может встречаться в задачках, где что-то сравнивается. Вернёмся к условию, что A сильнее B, B сильнее C, C сильнее A, оно ведь тоже участвовало в оценке, тогда что должно быть верно, чтобы она достигалась? Как нам объединить это с прошлым фактом?

Подсказка 8

Давайте рассмотрим тройку с минимальный (для максимального тоже верно) числом из всех наборов, тогда одно из неравенств очевидно выполнено, а другое - нет. Что можно сказать про оставшееся, а сколько таких неравенств, где в тройке участвует минимальное (максимальное) число? А сколько должно должно быть верных неравенств в паре наборов?

Показать доказательство

Предположим противное. Пусть наборы

A = (a1,...,al),B = (b1,...,bm ),C =(c1,...,cn)

таковы, что A  сильнее B,B  сильнее C,C  сильнее A.  Можно считать, что число a1  наибольшее среди всех чисел этих трёх наборов. Для каждой тройки индексов i,j,k(1 ≤i≤ l,1≤ m,1≤ k≤ n)  посчитаем, сколько верных увтерждений имеется среди неравенств a > b,b >c ,c >a ,
 i  j j   k k   i  просуммируем эти числа по всем i,j,k  и обозначим полученную сумму через S.  Тогда

S ≤ 2lmn, (∗)

поскольку всего имеется lmn  троек и в каждой тройке не больше двух верных неравенств. Далее заметим, что каждое неравенство ai > bj  присутствует в n  таких тройках, поэтому в сумме S  оно учтено n  раз. По предположению среди неравенств ai > bj  не меньше 2lm
3  верных, поэтому вклад всех неравенств вида ai >bj  в сумму S  не меньше чем 2lmn.
3  Аналогично вклад всех неравенств вида b > c
 j   k  в сумму S  и вклад всех неравенств вида c > a
 k   i  в сумму S  также не меньше чем 2lmn.
3  Следовательно, суммарное количество верных неравенств не меньше чем 3⋅ 2lmn ≥S.
  3

Сопоставляя это с неравенством (∗),  заключаем, что в проделанных подсчётах все оценки являются равенствами. В частности, имеется в точности 2
3mn  верных неравенств вида bj > ck,  а в каждой тройке ai > bj,bj >ck,ck >ai  ровно два верных неравенства.

Рассмотрим теперь тройку чисел a1,bj,ck.  Среди неравенств a1 >bj,bj > ck,ck >a1  должно быть ровно два верных. Поскольку a1  — наибольшее число неравенство ck > a1  неверно, т.е. выолняется неравенство bj > ck.  Значит, все неравенства вида bj > ck  верные и всего их mn  штук. Но это противоречит тому, что их 2
3mn.  Стало быть, наше предположение неверно.

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное обучение
в Школково

Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!