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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 4/6 步:验证每个顶点处的局部平衡
通俗地说

严格交替使得每次经过某顶点时相遇的两条边颜色必然不同,而度数为4的顶点恰好被经过两次。

deg⁡blue(v)=deg⁡green(v)=2 for every vertex v.\deg_{\text{blue}}(v)=\deg_{\text{green}}(v)=2\ \text{for every vertex}\ v.
详细分析

度数为4的顶点在欧拉回路中出现两次。若某次出现是普通经过,则进边与出边颜色相反,所以这次经过贡献一个蓝色关联和一个绿色关联。若某次经过一个自环,自环以自身的单一颜色贡献两个关联;在循环遍历中紧邻该自环前后的两个关联具有相反颜色(若有两个自环,它们的颜色交替)。因此无论哪种情况,数这条顶点的四个关联,恰有两条蓝边和两条绿边。