MathLabs

第3問

正五角形の各頂点に整数を割り当て、5数の総和を正とする。連続する3頂点の数が x,y,zx,y,z で y<0y<0 のとき、それらをそれぞれ x+y,−y,z+yx+y,-y,z+y に置き換える。負の数がある限りこの操作を繰り返す。この手続きは必ず有限回で終了するか。
ステップ 1/4: 正の総和を保つ
ざっくり言うと

操作は選んだ三つの数を組み替えるだけでその和を変えないため、全体の和は正の不変量である。

S=x1+x2+x3+x4+x5>0S=x_1+x_2+x_3+x_4+x_5>0
詳しい解説

五つの値を巡回的に (x1,x2,x3,x4,x5)(x_1,x_2,x_3,x_4,x_5) と書く。x,y,zx,y,z は x+y,−y,z+yx+y,-y,z+y に置き換わり、和は x+y+zx+y+z のままである。したがって S=∑i=15xiS=\sum_{i=1}^5x_i は正のまま不変である。