MathLabs

第4問

整数 n>1n > 1 が与えられている。山の斜面に n2n^2 個の駅があり、すべて異なる高度にある。二つのケーブルカー会社 AA と BB はそれぞれ kk 台のケーブルカーを運行しており、各ケーブルカーはある駅から、途中で止まることなく、より高い駅へ利用客を運ぶ。AA の kk 台のケーブルカーは kk 個の異なる出発点と kk 個の異なる到着点を持ち、より高い場所から出発するケーブルカーはより高い場所に到着する。同じ条件が BB についても成り立つ。ある会社によって2つの駅が結ばれているとは、低い方の駅から出発し、その会社のケーブルカーを1台以上使って、駅間の他の移動を一切行わずに、高い方の駅に到達できることをいう。両方の会社によって結ばれる2つの駅が存在することを保証できる、最小の正の整数 kk を求めよ。
ステップ 4/8: 長い鎖を見つける
ざっくり言うと

A の各鎖が高々 n 駅なら、n−1 本の鎖に入る駅は高々 n²−n 個で、全 n² 駅より少なくなる。

∣C∣≥n+1for some A-chain C.|C|\ge n+1\quad\text{for some A-chain }C.
詳しい解説

A の各鎖が高々 n 個の頂点を持つと仮定すると、n−1 本の鎖に含まれる駅は高々 n(n−1)=n²−n 個となり、n² 個あることに矛盾する。したがって、ある A の鎖 C は少なくとも n+1 個の駅を含む。