MathLabs

第1問

集合 {1,2,…,1989}\{1, 2, \ldots, 1989\} は、互いに素な 117117 個の部分集合 A1,A2,…,A117A_1, A_2, \ldots, A_{117} の和集合として表すことができ、各部分集合がちょうど 1717 個の要素を含み、各 AiA_i 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。
ステップ 3/5: あらかじめ均衡した116個の三つ組を作る
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 116116 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。

{301,801,1883} and {1689,1189,107} both sum to 2985=3×995\{301,801,1883\}\ \text{and}\ \{1689,1189,107\}\ \text{both sum to}\ 2985=3\times995
詳しい解説

{301,801,1883},{302,802,1881},…,{358,858,1769}\{301,801,1883\},\{302,802,1881\},\ldots,\{358,858,1769\} のような 5858 個の三つ組(第一座標は 11 ずつ増加、第二座標は 11 ずつ増加、第三座標は 22 ずつ減少)と、各要素 xx を 1990−x1990-x に置き換えて得られるその補三つ組 {1689,1189,107},{1688,1188,109},…,{1632,1132,221}\{1689,1189,107\},\{1688,1188,109\},\ldots,\{1632,1132,221\} をあわせて 5858 個とる。ここに挙げたどの三つ組も和は 2985=3×9952985=3\times995 になる。なぜなら、ある座標で xx を 1990−x1990-x に置き換え、別の座標で ∓1\mp1 だけ補正しても総和は変わらず、最初の三つ組がすでに 301+801+1883=2985301+801+1883=2985 を満たしているからである。この操作でステップ2の 994994 組のうち 174174 組を使い切り、互いに素な 116116 個の三つ組(それぞれ和 29852985)ができる。