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第4問

ドリームランドという国は 20162016 の都市からなる。航空会社スターウェイズは、各都市がちょうど一本の出発便を持つように、都市の組の間に一方向の便をいくつか設定したい。スターウェイズがどのように便を設定しても、任意の都市から高々 2828 回の便で同じ組の別の都市に到達できないように都市を kk 個の組に分けられるような最小の正整数 kk を求めよ。
ステップ 1/4: 5757 閉路による下界
k≥57k\ge57
詳しい解説

便は 20162016 頂点の有向グラフ GG をなし、各頂点の出次数は 11 である。GG が長さ 5757 の有向閉路を含むなら、この閉路上の任意の二都市はこの 5757 閉路の短い方を回って高々 2828 便で互いに到達できるので、それらは同じ組に入れられない。スターウェイズはこのような配置を実現できるので、常に少なくとも 5757 個の組が必要、すなわち k≥57k\ge57 である。