MathLabs

Bài 2

Cho 99 vòng tròn xếp dọc theo chu vi của một tam giác, mỗi cạnh của tam giác có 44 vòng tròn (ba vòng tròn ở ba đỉnh được dùng chung cho hai cạnh kề nhau và mỗi cạnh có hai vòng tròn ở giữa). Người ta viết mỗi số trong các số 1,2,…,91, 2, \ldots, 9 vào một vòng tròn sao cho mỗi vòng tròn chứa đúng một số và: (i) tổng của bốn số trên mỗi cạnh của tam giác đều bằng nhau; (ii) tổng bình phương của bốn số trên mỗi cạnh của tam giác đều bằng nhau. Tìm tất cả các cách điền số thỏa mãn yêu cầu.
Bước 4 trên 4: Giải trường hợp đỉnh còn lại và đếm mọi cấu hình đối xứng
Hiểu nôm na

Một khi {2,5,8}\{2, 5, 8\} đã đặt ở các góc, cặp số ở giữa của mỗi cạnh được xác định duy nhất; sự tự do duy nhất còn lại là 3!=63! = 6 hoán vị góc và 23=82^3 = 8 cách đổi chỗ hai số giữa cạnh, tạo thành 4848 nghiệm.

{a,b,c}={2,5,8}  ⟹  s=20, t=126;{3,7} on (2,8), {4,9} on (2,5), {1,6} on (5,8)\{a,b,c\}=\{2,5,8\} \implies s=20,\ t=126; \qquad \{3,7\}\text{ on }(2,8),\ \{4,9\}\text{ on }(2,5),\ \{1,6\}\text{ on }(5,8)
Phân tích chi tiết

Với {a,b,c}={2,5,8}\{a, b, c\} = \{2, 5, 8\}, ta có 3s=2+5+8+45=60  ⟹  s=203s = 2 + 5 + 8 + 45 = 60 \implies s = 20 và 3t=22+52+82+285=378  ⟹  t=1263t = 2^2 + 5^2 + 8^2 + 285 = 378 \implies t = 126. Các cặp số ở giữa trên các cạnh (2,8)(2, 8), (2,5)(2, 5) và (5,8)(5, 8) phải có tổng bình phương lần lượt là x2+y2=126−68=58x^2 + y^2 = 126 - 68 = 58, t12+u12=126−29=97t_1^2 + u_1^2 = 126 - 29 = 97 và m2+n2=126−89=37m^2 + n^2 = 126 - 89 = 37. Trong các số còn lại {1,3,4,6,7,9}\{1, 3, 4, 6, 7, 9\}, nghiệm duy nhất là {x,y}={3,7}\{x, y\} = \{3, 7\}, {t1,u1}={4,9}\{t_1, u_1\} = \{4, 9\} và {m,n}={1,6}\{m, n\} = \{1, 6\}, đồng thời cả ba cạnh đều đạt tổng s=20s = 20. Hoán vị tập đỉnh {2,5,8}\{2, 5, 8\} theo 3!=63! = 6 cách và đổi chỗ hai số ở giữa trên mỗi cạnh theo 23=82^3 = 8 cách cho tất cả 3!⋅23=483! \cdot 2^3 = 48 nghiệm.