Zadania 2. zimného kola - Ahojte, Rieškari! Prvé zimné kolo máme úspešne za sebou. Čaká nás teda druhé kolo a s ním aj pokračovanie príbehu! Úlohy môžete nájsť tu a máte na ne čas do … Prejsť na článok
×10. príklad - Vzorové riešenie
Zadanie
Na rovnom telegrafnom drôte sedí n holubov a n holubíc.
Dokážte, že súčet vzdialeností medzi všetkými dvojicami vtákov rôzneho pohlavia je väčší alebo rovný súčtu vzdialeností medzi všetkými dvojicami vtákov rovnakého pohlavia.
Vzorové riešenie
Spočiatku si uvedomme tri veci: Za prvé, vieme si vtaky predstaviť ako body na nejakej úsečke, za druhé, my netušíme v akom poradí sa jednotlivé vtáky vyskytujú, a za tretie, vzdialenosti medzi nimi môžu byť naozaj ľubovoľné. Teda je naozaj ťažké pracovať reálne so vzdialenosťami medzi nimi.
Preto my tento problém obídeme tak, že len rozdelíme celkovú vzdialenosť medzi najľavejším a najpravejším vtákom na zdialenosti medzi každou dvojicou susedných vtákov a následne ukážeme, že každá takáto vzdialenosť je zahrrnutá vo viacerých rôznopohlavných dvociciach ako v rovnakopohlavných.
Pozrime na nejakú "medzeru" medzi dvoma susednými vtákmi. Vľavo od nej je nejaké množstvo holubov A a holubíc B a vpravo od nej je n-A holubov a n-B holubíc. Teda takých párov, ktoré sú medzi vtákmi rovnakých pohlaví a ich vzájomná vzdialenosť obsahuje túto medzeru (teda má jedného vtáka naľavo a druhého napravo od nej) je A\times (n-A) pre holuby a B\times (n-B) pre holubice. Dokopy je to teda A\times (n-A)+B\times (n-B)
Teraz sa pozrime na dvojice medzi vtákmi rôznych pohlaví ktorých vzájomná vzdialenosť tiež obsahuje túto medzeru. Párov kde je holub vľavo a holubica vpravo od tejto medzery je A\times (n-B) a takých kde je holub vpravo a holubica vľavo je B\times (n-A). Dokopy teda A\times (n-B)+B\times (n-A)
Teraz ukážeme sériou ekvivalentných úprav, že viac rôznopohlavných dvojíc zahŕňa túto medzeru ako rovnakopohlavných.
A\times(n-B)+B\times(n-A) \ \square \ A\times(n-A)+B\times(n-B) \\ n\times(A+B) -2AB \ \square \ n\times(A+B)-A^2-B^2 \ \ \ \ /+A^2+B^2-n\times(A+B) \\ A^2-2AB+B^2 \ \square \ 0 \\ (A-B)^2 \geq 0 \implies A\times(n-B)+B\times(n-A) \geq A\times(n-A)+B\times(n-B)
Keďže každá zdialenosť medzi ľubovoľnou dvojicou je utvorená z takýchto medzier, tak je dokopy aj súčet vzdialeností medzi jednotlivými dvojicami. Keďže pre každú medzeru ju zahŕňa aspoň toľko vzdialeností medzi rôznopohlavnými dvojicami ako medzi rovnakopohlavnými, tak aj dokopy súčet dĺžiek musí byť aspoň toľko.