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第2题

设 nn 与 kk 是互质的正整数,且 k<nk < n。将集合 M={1,2,…,n−1}M = \{1, 2, \ldots, n-1\} 中每个数染成蓝色或白色,满足:(i) 对每个 i∈Mi \in M,ii 与 n−in-i 同色;(ii) 对每个满足 i≠ki \ne k 的 i∈Mi \in M,ii 与 ∣i−k∣|i-k| 同色。证明 MM 中所有的数都同色。
第 4/5 步:情形二:借助规则 (i) 与 (ii) 搭桥
通俗地说

当跳跃越过 nn 绕了一圈时,没有直接的联系,论证需要绕道而行:先用规则 (i) 把 rr 关于 nn 作镜像,正好落在规则 (ii) 与 ss 相连的那个数上。

s=r+k−n ⟹ color(r)=color(n−r)=color(k−s)=color(s)s=r+k-n \ \Longrightarrow\ \text{color}(r)=\text{color}(n-r)=\text{color}(k-s)=\text{color}(s)
详细分析

若 s=r+k−ns=r+k-n,则 r=n−(k−s)r=n-(k-s),即 n−r=k−sn-r=k-s。规则 (i) 给出 color(r)=color(n−r)=color(k−s)\text{color}(r)=\text{color}(n-r)=\text{color}(k-s)。对 i=si=s 应用规则 (ii) 得 color(s)=color(∣s−k∣)=color(k−s)\text{color}(s)=\text{color}(|s-k|)=\text{color}(k-s)(此处 s<ks<k)。将两个等式连接起来,同样得到 color(r)=color(s)\text{color}(r)=\text{color}(s)。