第1問
集合 は、互いに素な 個の部分集合 の和集合として表すことができ、各部分集合がちょうど 個の要素を含み、各 に含まれる要素の和がすべて等しくなることを証明せよ。
ざっくり言うと
予備のペアから、あらかじめ均衡の取れた 個の小さな天秤を組み立てるようなものだ。こうしておけば、あとは各天秤に同じ重さを加えるだけで、水平を保ったまま調整できる。
詳しい解説
のような 個の三つ組(第一座標は ずつ増加、第二座標は ずつ増加、第三座標は ずつ減少)と、各要素 を に置き換えて得られるその補三つ組 をあわせて 個とる。ここに挙げたどの三つ組も和は になる。なぜなら、ある座標で を に置き換え、別の座標で だけ補正しても総和は変わらず、最初の三つ組がすでに を満たしているからである。この操作でステップ2の 組のうち 組を使い切り、互いに素な 個の三つ組(それぞれ和 )ができる。