Math Labs

Bài 5

Hai chú sóc, Bushy và Jumpy, đã thu thập được 20212021 hạt óc chó cho mùa đông. Jumpy đánh số các hạt từ 11 đến 20212021 và đào 20212021 cái hố nhỏ xếp thành vòng tròn quanh cây yêu thích của chúng. Sáng hôm sau, Jumpy nhận thấy Bushy đã đặt mỗi hố một hạt, nhưng không để ý đến thứ tự đánh số. Không hài lòng, Jumpy quyết định sắp xếp lại các hạt bằng cách thực hiện một dãy 20212021 lượt đổi chỗ. Ở lượt thứ kk, Jumpy đổi chỗ hai hạt kề với hạt số kk. Chứng minh rằng tồn tại một giá trị kk sao cho, ở lượt thứ kk, Jumpy đổi chỗ hai hạt aa và bb với a<k<ba<k<b.
Bước 1 trên 5: Giả sử không lượt nào từng bao quanh số của chính nó
∀k: (a<b<k) or (k<a<b)\forall k:\ (a<b<k)\ \text{or}\ (k<a<b)
Phân tích chi tiết

Giả sử phản chứng rằng với mọi kk, hai hạt a,ba,b được đổi chỗ ở lượt kk thỏa a<b<ka<b<k hoặc k<a<bk<a<b, tức là không bao giờ có a<k<ba<k<b.