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 5/5: 各ブロックにさらに7組のペアを追加する
ざっくり言うと

どのペアを選んでも重さは必ず 19901990 なので、どの皿にも同じ数だけペアを配れば、具体的にどのペアがどの皿に行くかに関係なく天秤の均衡は保たれる。

2985+7×1990=16915,3+7×2=172985 + 7\times1990 = 16915,\qquad 3+7\times2=17
詳しい解説

ステップ2で残ったペアは 994−175=819994-175=819 組あり、819=117×7819=117\times7 である。ステップ3〜4の 117117 個のブロックそれぞれに、まだ使っていないペアをちょうど 77 組ずつ配る。各ブロックは 33 要素から 3+7×2=173+7\times2=17 要素に増え、その和は 29852985 から 2985+7×1990=169152985+7\times1990=16915 に増える——これはステップ1で求めた目標値と一致し、どのブロックも同じ数のペア(どれも和 19901990)を受け取るため、すべてのブロックで等しくなる。これにより求める分割 A1,…,A117A_1,\ldots,A_{117} が得られる。