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第1题

我们称平面上一个由点组成的有限集合 SS 是平衡的,如果对于 SS 中任意两个不同的点 AA 和 BB,都存在 SS 中的一点 CC 使得 AC=BCAC=BC。我们称 SS 是无中心的,如果对于 SS 中任意三个不同的点 AA、BB、CC,SS 中都不存在满足 PA=PB=PCPA=PB=PC 的点 PP。 (a) 证明:对所有整数 n≥3n\ge3,都存在一个由 nn 个点组成的平衡集合。 (b) 求所有整数 n≥3n\ge3,使得存在一个由 nn 个点组成的平衡且无中心的集合。
第 5/5 步:两对被见证的点对必须有交集
通俗地说

一半的点无法各自在更小的范围内开启一个全新的点对,而不与另一对发生重叠。

{A,B},{A,C} witnessed by P⇒PA=PB=PC\{A,B\},\{A,C\}\ \text{witnessed by }P \Rightarrow PA=PB=PC
详细分析

在 PP 所见证的 n2\frac n2 对中,没有一对包含 PP 本身(否则会迫使该对的两个点重合)。因此这 n2\frac n2 对都落在 VV 剩下的 n−1n-1 个点之中。如果它们两两不相交,就需要 2⋅n2=n2\cdot\frac n2=n 个不同的点,但只有 n−1n-1 个可用;因此其中两对必共用一个点,比如 {A,B}\{A,B\} 和 {A,C}\{A,C\},其中 B≠CB\ne C。于是 PA=PBPA=PB 且 PA=PCPA=PC,从而对三个不同的点 A,B,CA,B,C 有 PA=PB=PCPA=PB=PC,这与 VV 无中心矛盾。因此不存在偶数规模的平衡且无中心的集合,(b) 的答案恰好是所有奇数 n≥3n\ge3。