MathLabs

第3题

有 4n4n 颗石子,重量分别为 1,2,3,…,4n1, 2, 3, \ldots, 4n。每颗石子被染成 nn 种颜色之一,且每种颜色恰有四颗石子。证明可以把这些石子分成两堆,使得两堆的总重量相等,并且每堆恰好包含每种颜色各两颗石子。
第 1/6 步:对称地配对重量
通俗地说

按这条规则把小重量与大重量配对,总和总是相同,这正是驱动整个构造的关键对称性。

k+(4n+1−k)=4n+1,k=1,2,…,2n.k+(4n+1-k)=4n+1,\qquad k=1,2,\dots,2n.
详细分析

对每个 k 从 1 到 2n,在重量为 k 的石子与重量为 4n+1-k 的石子之间系一条细绳;每一对被系绳的石子总重量都等于 4n+1。当 k 从 1 取到 2n 时,配对重量 4n+1-k 从 4n 取到 2n+1,因此这些细绳恰好各用到 4n 颗石子中的每一颗一次,共得到 2n 条细绳。