「在一次数学竞赛中,部分参赛者互为朋友。」
「朋友关系是双向的。」
「如果在某一组参赛者中,任意两人互为朋友,那么该组被称为一个『团』(clique)。」
「已知最大『团』的人数为偶数。证明:可以将所有参赛者分配到两个房间内,使得每个房间内最大『团』的人数相等。」
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李傲迅速读完题目,心中略感意外。
第三题考的竟然是组合图论。
通常来说,这种级别的题目都会被放在第二天。
这道题的难度比前两道明显高出一个台阶。
「看来,出题人没打算让我们这些考生在第一天过得太轻松啊。」李傲在心里嘀咕了一句。
然而这道题依旧没能难住他。
他在草稿纸上画图推演,很快找到了破局点:将「房间分配问题」转化为「图的团数变化问题」。
顺着这个思路,他利用最小反例(minimal counterexample),通过逐一移动顶点,不断压缩两边的差值,直到差值彻底消失。
接下来,李傲一气呵成,写下了一套标准的最小反例法证明过程。
完成之后,他意犹未尽,思考了一会儿,又开始在空白处补充第二种解法。
在这个解法中,他将所有的划分方式视为一个离散状态空间。
接着,他定义了两个房间内最大团人数的绝对差值,并证明:如果该差值不为零,则必然存在某种顶点的移动方式,能够使这个差值缩小。
这种思路使用了大学离散数学中的极值过程方法。
它与常规的竞赛证明不同,推导出了一个更强且更具普遍性的结论。
在这个更广泛的结论下,原题仅仅只是其中一个特例。
这是他在研究「凸函数的离散平均」时学习到的东西。
用在这里,恰好可以作为一种更简洁优美的补充解法。
当然,李傲并没有忘记IMO的评分标准。