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第1题

平面上一条直线若不与 xx 轴、yy 轴、以及直线 x+y=0x+y=0 中任何一条平行,则称其为阳光直线。设 n≥3n\ge3 为给定的整数。求所有非负整数 kk,使得平面上存在 nn 条互不相同的直线,同时满足:对所有满足 a+b≤n+1a+b\le n+1 的正整数 aa、bb,点 (a,b)(a,b) 都在这些直线中的至少一条上;并且这 nn 条直线中恰有 kk 条是阳光直线。
第 2/6 步:归约到 n = 3 而不改变阳光直线数
n ⟶ n−1 by deleting a long line, same count of sunny linesn\ \longrightarrow\ n-1\ \text{by deleting a long line, same count of sunny lines}
详细分析

长直线永不是阳光直线,删去它就去掉一条非阳光直线,剩下的 n−1n-1 条恰好覆盖对应 n−1n-1 的较小三角形格点阵(剩余点恰为 a+b≤na+b\le n),阳光直线数 kk 不变。反复删除,任何 n≥3n\ge3 的有效配置都能在保持同一 kk 的情况下归约到 n=3n=3 的配置;反过来,从 n=3n=3 的配置出发,总能添加新的长直线 a+b=n+1a+b=n+1(或按情形取 a=1a=1、b=1b=1)而不改变 kk,逐步升到任意 n≥3n\ge3。因此只需对 n=3n=3 分类 kk。