IMO 1963 · Problem 6
Five students, \(A, B, C, D, E\), took part in a contest. One prediction was that the contestants would finish in the order \(ABCDE\). This prediction was very poor. In fact no contestant finished in the position predicted, and no two contestants predicted to finish consecutively actually did so. A second prediction had the contestants finishing in the order \(DAECB\). This prediction was better. Exactly two of the contestants finished in the places predicted, and two disjoint pairs of students predicted to finish consecutively actually did so. Determine the order in which the contestants finished.
Official text of the problem. Official problem paper (PDF)
Answer
The contestants finished in the order \[ \boxed{EDACB}. \]
Solution
Write \(XY\) for the consecutive pair in which \(X\) finishes immediately before \(Y\). The first prediction tells us that \[ A\ne1,\quad B\ne2,\quad C\ne3,\quad D\ne4,\quad E\ne5, \] where each inequality excludes the indicated finishing position. It also forbids the consecutive pairs \(AB,BC,CD,DE\).
The second prediction gives the consecutive pairs \[ DA,\quad AE,\quad EC,\quad CB. \] The only ways to choose two disjoint pairs from this list are \[ \{DA,EC\},\qquad \{DA,CB\},\qquad \{AE,CB\}. \]
We first rule out the last possibility. Suppose \(AE\) and \(CB\) both occur. Since \(A\) cannot finish first and \(E\) cannot finish fifth, the pair \(AE\) must occupy positions \(2,3\) or \(3,4\).
- If \(AE\) occupies positions \(2,3\), the pair \(CB\) must occupy positions \(4,5\), leaving \(D\) first. The order is then \(DAECB\), so all five positions in the second prediction are correct, a contradiction.
- If \(AE\) occupies positions \(3,4\), the pair \(CB\) must occupy positions \(1,2\). This puts \(B\) second, contradicting the first prediction’s failure.
Consequently, \(DA\) must occur. There are four possible positions for this pair.
- Positions \(1,2\): Both \(D\) and \(A\) are correctly placed by the second prediction. The third contestant cannot be \(E\), since that would give a third correct position; cannot be \(C\), since the first prediction incorrectly placed \(C\) third; and cannot be \(B\), since that would create the forbidden pair \(AB\). Thus this case is impossible.
- Positions \(3,4\): Of the positions predicted by \(DAECB\), only \(B\) in fifth place could be correct. This contradicts the requirement of exactly two correct positions.
- Positions \(4,5\): This puts \(D\) fourth, contradicting the first prediction’s failure.
- Positions \(2,3\): The first three positions predicted by \(DAECB\) are all incorrect. Hence its two correct positions must be \(C\) fourth and \(B\) fifth. The remaining student, \(E\), is first.
Thus the only possible order is \(EDACB\).
Finally, this order satisfies every condition. None of its contestants occupies the position predicted by \(ABCDE\), and its consecutive pairs \[ ED,\ DA,\ AC,\ CB \] include none of \(AB,BC,CD,DE\). Compared with \(DAECB\), exactly \(C\) and \(B\) occupy their predicted positions, and precisely the two disjoint consecutive pairs \(DA\) and \(CB\) occur.
The solution was checked against John Scholes' IMO solution archive (Kalva).
IMO 1963 · Aufgabe 6
Fünf Schüler, \(A, B, C, D, E\), nahmen an einem Wettbewerb teil. Eine Vorhersage lautete, dass die Teilnehmer in der Reihenfolge \(ABCDE\) abschneiden würden. Diese Vorhersage war sehr schlecht. Tatsächlich belegte kein Teilnehmer den vorhergesagten Platz, und keine zwei Teilnehmer, denen aufeinanderfolgende Plätze vorhergesagt worden waren, belegten tatsächlich in dieser Reihenfolge aufeinanderfolgende Plätze. Eine zweite Vorhersage gab die Reihenfolge \(DAECB\) an. Diese Vorhersage war besser. Genau zwei der Teilnehmer belegten die vorhergesagten Plätze, und zwei disjunkte Paare von Schülern, denen aufeinanderfolgende Plätze vorhergesagt worden waren, belegten tatsächlich in der vorhergesagten Reihenfolge aufeinanderfolgende Plätze. Bestimme die Reihenfolge, in der die Teilnehmer abschnitten.
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt. Offizielles Aufgabenblatt (PDF)
Antwort
Die Teilnehmer schnitten in folgender Reihenfolge ab: \[ \boxed{EDACB}. \]
Lösung
Bezeichne mit \(XY\) das aufeinanderfolgende Paar, bei dem \(X\) unmittelbar vor \(Y\) abschneidet. Aus der ersten Vorhersage wissen wir, dass \[ A\ne1,\quad B\ne2,\quad C\ne3,\quad D\ne4,\quad E\ne5, \] wobei jede Ungleichung den angegebenen Platz ausschließt. Außerdem sind die aufeinanderfolgenden Paare \(AB,BC,CD,DE\) ausgeschlossen.
Die zweite Vorhersage liefert die aufeinanderfolgenden Paare \[ DA,\quad AE,\quad EC,\quad CB. \] Die einzigen Möglichkeiten, aus dieser Liste zwei disjunkte Paare auszuwählen, sind \[ \{DA,EC\},\qquad \{DA,CB\},\qquad \{AE,CB\}. \]
Wir schließen zunächst die letzte Möglichkeit aus. Angenommen, sowohl \(AE\) als auch \(CB\) treten auf. Da \(A\) nicht Erster und \(E\) nicht Fünfter sein kann, muss das Paar \(AE\) die Plätze \(2,3\) oder \(3,4\) belegen.
- Wenn \(AE\) die Plätze \(2,3\) belegt, muss das Paar \(CB\) die Plätze \(4,5\) belegen, sodass \(D\) Erster ist. Die Reihenfolge lautet dann \(DAECB\), also sind alle fünf Plätze der zweiten Vorhersage richtig, ein Widerspruch.
- Wenn \(AE\) die Plätze \(3,4\) belegt, muss das Paar \(CB\) die Plätze \(1,2\) belegen. Damit ist \(B\) Zweiter, im Widerspruch zur Fehlerhaftigkeit der ersten Vorhersage.
Folglich muss \(DA\) auftreten. Für dieses Paar gibt es vier mögliche Platzierungen.
- Plätze \(1,2\): Sowohl \(D\) als auch \(A\) sind in der zweiten Vorhersage richtig platziert. Der dritte Teilnehmer kann nicht \(E\) sein, da dies einen dritten richtig vorhergesagten Platz ergäbe; er kann nicht \(C\) sein, da die erste Vorhersage \(C\) fälschlicherweise auf den dritten Platz setzte; und er kann nicht \(B\) sein, da dadurch das verbotene Paar \(AB\) entstünde. Dieser Fall ist also unmöglich.
- Plätze \(3,4\): Von den durch \(DAECB\) vorhergesagten Plätzen könnte nur der fünfte Platz von \(B\) richtig sein. Dies widerspricht der Forderung nach genau zwei richtig vorhergesagten Plätzen.
- Plätze \(4,5\): Damit ist \(D\) Vierter, im Widerspruch zur Fehlerhaftigkeit der ersten Vorhersage.
- Plätze \(2,3\): Die ersten drei durch \(DAECB\) vorhergesagten Plätze sind alle falsch. Daher müssen die beiden richtig vorhergesagten Plätze der vierte Platz von \(C\) und der fünfte Platz von \(B\) sein. Der verbleibende Schüler \(E\) ist Erster.
Somit ist \(EDACB\) die einzig mögliche Reihenfolge.
Schließlich erfüllt diese Reihenfolge jede Bedingung. Keiner der Teilnehmer belegt den durch \(ABCDE\) vorhergesagten Platz, und die aufeinanderfolgenden Paare \[ ED,\ DA,\ AC,\ CB \] enthalten keines der Paare \(AB,BC,CD,DE\). Im Vergleich mit \(DAECB\) belegen genau \(C\) und \(B\) die vorhergesagten Plätze, und es treten genau die beiden disjunkten aufeinanderfolgenden Paare \(DA\) und \(CB\) auf.
Die Lösung wurde mit dem IMO-Lösungsarchiv von John Scholes (Kalva) abgeglichen.
IMO 1963 · Soru 6
\(A, B, C, D, E\) adlı beş öğrenci bir yarışmaya katıldı. Bir tahmine göre yarışmacılar yarışmayı \(ABCDE\) sırasıyla bitirecekti. Bu tahmin çok başarısız oldu. Gerçekte hiçbir yarışmacı tahmin edilen sırada yer almadı ve art arda bitireceği tahmin edilen hiçbir iki yarışmacı yarışmayı gerçekten bu şekilde bitirmedi. İkinci bir tahmine göre yarışmacılar yarışmayı \(DAECB\) sırasıyla bitirecekti. Bu tahmin daha başarılıydı. Yarışmacılardan tam olarak ikisi tahmin edilen sıralarda yer aldı ve art arda bitireceği tahmin edilen, ortak öğrencisi olmayan iki öğrenci çifti yarışmayı gerçekten bu şekilde bitirdi. Yarışmacıların yarışmayı hangi sırayla bitirdiğini belirleyiniz.
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir. Resmi soru kâğıdı (PDF)
Cevap
Yarışmacılar yarışmayı \[ \boxed{EDACB} \] sırasıyla bitirmiştir.
Çözüm
\(X\)'in \(Y\)'den hemen önce bitirdiği ardışık çifti \(XY\) ile gösterelim. İlk tahmin bize \[ A\ne1,\quad B\ne2,\quad C\ne3,\quad D\ne4,\quad E\ne5 \] olduğunu söyler; burada her eşitsizlik, belirtilen bitiriş sırasını dışlar. Bu tahmin ayrıca \(AB,BC,CD,DE\) ardışık çiftlerini de yasaklar.
İkinci tahmindeki ardışık çiftler \[ DA,\quad AE,\quad EC,\quad CB \] şeklindedir. Bu listeden ortak öğrencisi olmayan iki çift seçmenin tek yolları \[ \{DA,EC\},\qquad \{DA,CB\},\qquad \{AE,CB\} \] şeklindedir.
Önce son olasılığı eleyelim. \(AE\) ve \(CB\) çiftlerinin her ikisinin de gerçekleştiğini varsayalım. \(A\) birinci, \(E\) ise beşinci olamayacağından, \(AE\) çifti \(2,3\) veya \(3,4\) sıralarında yer almalıdır.
- \(AE\) çifti \(2,3\) sıralarında yer alıyorsa, \(CB\) çifti \(4,5\) sıralarında yer almalıdır ve \(D\) birinci olur. Bu durumda sıralama \(DAECB\) olur; dolayısıyla ikinci tahmindeki beş sıranın tamamı doğrudur, bu da bir çelişkidir.
- \(AE\) çifti \(3,4\) sıralarında yer alıyorsa, \(CB\) çifti \(1,2\) sıralarında yer almalıdır. Bu durumda \(B\) ikinci olur ve ilk tahminin yanlış olmasıyla çelişir.
Sonuç olarak, \(DA\) çifti gerçekleşmelidir. Bu çiftin yer alabileceği dört olası konum vardır.
- \(1,2\) sıraları: İkinci tahminde hem \(D\)'nin hem de \(A\)'nın yeri doğru tahmin edilmiştir. Üçüncü yarışmacı \(E\) olamaz, çünkü bu durumda üçüncü bir sıra da doğru tahmin edilmiş olur; \(C\) olamaz, çünkü ilk tahminde \(C\)'nin üçüncü olacağı yanlış tahmin edilmiştir; \(B\) de olamaz, çünkü bu durumda yasak olan \(AB\) çifti oluşur. Dolayısıyla bu durum mümkün değildir.
- \(3,4\) sıraları: \(DAECB\) tahminindeki sıralardan yalnızca \(B\)'nin beşinci olması doğru olabilir. Bu, tam olarak iki sıranın doğru tahmin edilmiş olması koşuluyla çelişir.
- \(4,5\) sıraları: Bu durumda \(D\) dördüncü olur ve ilk tahminin yanlış olmasıyla çelişir.
- \(2,3\) sıraları: \(DAECB\) tahminindeki ilk üç sıranın tamamı yanlıştır. Bu nedenle doğru tahmin edilen iki sıra, \(C\)'nin dördüncü ve \(B\)'nin beşinci olmasıdır. Geriye kalan öğrenci \(E\) ise birincidir.
Böylece mümkün olan tek sıralama \(EDACB\) olur.
Son olarak, bu sıralama tüm koşulları sağlar. Yarışmacıların hiçbiri \(ABCDE\) tahminindeki sırasında değildir ve bu sıralamanın \[ ED,\ DA,\ AC,\ CB \] ardışık çiftleri arasında \(AB,BC,CD,DE\) çiftlerinden hiçbiri yoktur. \(DAECB\) ile karşılaştırıldığında, tam olarak \(C\) ve \(B\) tahmin edilen sıralarında yer alır ve ortak öğrencisi olmayan ardışık çiftlerden tam olarak \(DA\) ve \(CB\) gerçekleşir.
Çözüm, John Scholes'un IMO çözüm arşiviyle (Kalva) karşılaştırılarak kontrol edildi.
IMO 1963 · Problema 6
Cinco estudiantes, \(A, B, C, D, E\), participaron en un concurso. Un pronóstico afirmaba que los concursantes quedarían clasificados en el orden \(ABCDE\). Este pronóstico fue muy desacertado. En efecto, ningún concursante terminó en el puesto pronosticado, y ningún par de concursantes que, según el pronóstico, ocuparían puestos consecutivos los ocupó realmente. Un segundo pronóstico daba el orden \(DAECB\). Este pronóstico fue mejor. Exactamente dos de los concursantes terminaron en los puestos pronosticados, y dos pares disjuntos de estudiantes que, según el pronóstico, ocuparían puestos consecutivos los ocuparon realmente. Determinar el orden en que quedaron clasificados los concursantes.
Enunciado traducido del texto oficial en inglés. Enunciado oficial (PDF)
Respuesta
Los concursantes quedaron clasificados en el orden \[ \boxed{EDACB}. \]
Solución
Escribamos \(XY\) para denotar el par consecutivo en el que \(X\) termina inmediatamente antes que \(Y\). El primer pronóstico nos dice que \[ A\ne1,\quad B\ne2,\quad C\ne3,\quad D\ne4,\quad E\ne5, \] donde cada desigualdad excluye el puesto indicado en la clasificación. También prohíbe los pares consecutivos \(AB,BC,CD,DE\).
El segundo pronóstico da los pares consecutivos \[ DA,\quad AE,\quad EC,\quad CB. \] Las únicas maneras de elegir dos pares disjuntos de esta lista son \[ \{DA,EC\},\qquad \{DA,CB\},\qquad \{AE,CB\}. \]
Primero descartamos la última posibilidad. Supongamos que aparecen tanto \(AE\) como \(CB\). Como \(A\) no puede terminar primero y \(E\) no puede terminar quinto, el par \(AE\) debe ocupar los puestos \(2,3\) o \(3,4\).
- Si \(AE\) ocupa los puestos \(2,3\), el par \(CB\) debe ocupar los puestos \(4,5\), quedando \(D\) primero. El orden es entonces \(DAECB\), de modo que los cinco puestos del segundo pronóstico son correctos, una contradicción.
- Si \(AE\) ocupa los puestos \(3,4\), el par \(CB\) debe ocupar los puestos \(1,2\). Esto sitúa a \(B\) segundo, lo que contradice el desacierto del primer pronóstico.
En consecuencia, debe aparecer \(DA\). Hay cuatro ubicaciones posibles para este par.
- Puestos \(1,2\): Tanto \(D\) como \(A\) están correctamente situados en el segundo pronóstico. El tercer concursante no puede ser \(E\), pues eso daría un tercer puesto correcto; no puede ser \(C\), pues el primer pronóstico situaba incorrectamente a \(C\) tercero; y no puede ser \(B\), pues eso crearía el par prohibido \(AB\). Por tanto, este caso es imposible.
- Puestos \(3,4\): De los puestos pronosticados por \(DAECB\), solo el de \(B\) en quinto lugar podría ser correcto. Esto contradice la condición de que haya exactamente dos puestos correctos.
- Puestos \(4,5\): Esto sitúa a \(D\) cuarto, lo que contradice el desacierto del primer pronóstico.
- Puestos \(2,3\): Los tres primeros puestos pronosticados por \(DAECB\) son todos incorrectos. Por tanto, sus dos puestos correctos deben ser \(C\) cuarto y \(B\) quinto. El estudiante restante, \(E\), es primero.
Así pues, el único orden posible es \(EDACB\).
Finalmente, este orden satisface todas las condiciones. Ninguno de los concursantes ocupa el puesto pronosticado por \(ABCDE\), y sus pares consecutivos \[ ED,\ DA,\ AC,\ CB \] no incluyen ninguno de \(AB,BC,CD,DE\). En comparación con \(DAECB\), exactamente \(C\) y \(B\) ocupan sus puestos pronosticados, y aparecen precisamente los dos pares consecutivos disjuntos \(DA\) y \(CB\).
La solución se comprobó con el archivo de soluciones de la IMO de John Scholes (Kalva).
IMO 1963 · 问题 6
五名学生 \(A, B, C, D, E\) 参加了一场比赛。有人预测他们的最终名次顺序为 \(ABCDE\)。这一预测很不准确。事实上,没有一名选手的实际名次与预测相符,而且预测中名次相邻的任意两名选手,实际上都没有按所预测的先后顺序取得相邻名次。另一个预测给出的最终名次顺序为 \(DAECB\)。这一预测较为准确。恰有两名选手的实际名次与预测相符,而且有两对互不重叠的学生,预测中他们的名次相邻,实际上也按所预测的先后顺序取得了相邻名次。确定选手们的最终名次顺序。
题目译自官方英文原文。 官方试卷 (PDF)
答案
选手们的最终名次顺序为 \[ \boxed{EDACB}. \]
解答
用 \(XY\) 表示 \(X\) 的名次恰在 \(Y\) 前一位的相邻二人组。由第一个预测可知 \[ A\ne1,\quad B\ne2,\quad C\ne3,\quad D\ne4,\quad E\ne5, \] 其中每个不等式都排除了相应的名次。此外,相邻二人组 \(AB,BC,CD,DE\) 均不能出现。
第二个预测给出的相邻二人组为 \[ DA,\quad AE,\quad EC,\quad CB. \] 从中选取两个互不重叠的二人组,只有以下几种方式: \[ \{DA,EC\},\qquad \{DA,CB\},\qquad \{AE,CB\}. \]
我们先排除最后一种可能。假设 \(AE\) 和 \(CB\) 都出现。由于 \(A\) 不能是第一名,\(E\) 不能是第五名,所以 \(AE\) 必须占据第 \(2,3\) 位或第 \(3,4\) 位。
- 若 \(AE\) 占据第 \(2,3\) 位,则 \(CB\) 必须占据第 \(4,5\) 位,剩下的 \(D\) 为第一名。此时顺序为 \(DAECB\),于是第二个预测中的五个名次全部正确,矛盾。
- 若 \(AE\) 占据第 \(3,4\) 位,则 \(CB\) 必须占据第 \(1,2\) 位。这使得 \(B\) 为第二名,与第一个预测中该名次错误相矛盾。
因此,\(DA\) 必须出现。这一二人组的位置有四种可能。
- 第 \(1,2\) 位: 第二个预测中,\(D\) 和 \(A\) 的名次都正确。第三名不能是 \(E\),否则就有第三个预测正确的名次;不能是 \(C\),因为第一个预测将 \(C\) 排在第三名是错误的;也不能是 \(B\),否则会出现不允许的二人组 \(AB\)。因此这种情形不可能。
- 第 \(3,4\) 位: 在 \(DAECB\) 所预测的名次中,只有 \(B\) 为第五名可能正确。这与恰有两个名次预测正确的要求矛盾。
- 第 \(4,5\) 位: 这使得 \(D\) 为第四名,与第一个预测中该名次错误相矛盾。
- 第 \(2,3\) 位: \(DAECB\) 所预测的前三个名次全部错误。因此,其中两个预测正确的名次必定是 \(C\) 为第四名、\(B\) 为第五名。剩下的学生 \(E\) 为第一名。
因此,唯一可能的顺序是 \(EDACB\)。
最后,这个顺序满足所有条件。没有一名选手处于 \(ABCDE\) 所预测的名次,且其相邻二人组 \[ ED,\ DA,\ AC,\ CB \] 中不含 \(AB,BC,CD,DE\) 中的任何一组。与 \(DAECB\) 比较,恰有 \(C\) 和 \(B\) 处于预测的名次,且恰好出现了 \(DA\) 和 \(CB\) 这两个互不重叠的相邻二人组。
解答已与 John Scholes 的 IMO 解答档案(Kalva)核对。
IMO 1963 · Задача 6
Пять учеников, \(A, B, C, D, E\), участвовали в соревновании. Согласно одному прогнозу, участники должны были занять места в порядке \(ABCDE\). Этот прогноз оказался весьма неудачным. В действительности ни один участник не занял предсказанного ему места, и ни одна пара участников, которым предсказывали последовательные места, не заняла последовательных мест в предсказанном порядке. Согласно второму прогнозу, участники должны были занять места в порядке \(DAECB\). Этот прогноз оказался удачнее. Ровно двое участников заняли предсказанные им места, и две непересекающиеся пары учеников, которым предсказывали последовательные места, действительно заняли последовательные места в предсказанном порядке. Определите порядок, в котором участники заняли места.
Условие переведено с официального английского текста. Официальный текст задач (PDF)
Ответ
Участники заняли места в порядке \[ \boxed{EDACB}. \]
Решение
Обозначим через \(XY\) пару участников, занявших последовательные места, в которой \(X\) стоит непосредственно перед \(Y\). Из первого прогноза следует, что \[ A\ne1,\quad B\ne2,\quad C\ne3,\quad D\ne4,\quad E\ne5, \] где каждое неравенство исключает указанное место участника. Он также запрещает последовательные пары \(AB,BC,CD,DE\).
Второй прогноз задаёт последовательные пары \[ DA,\quad AE,\quad EC,\quad CB. \] Выбрать две непересекающиеся пары из этого списка можно только следующими способами: \[ \{DA,EC\},\qquad \{DA,CB\},\qquad \{AE,CB\}. \]
Сначала исключим последнюю возможность. Предположим, что встречаются обе пары \(AE\) и \(CB\). Поскольку \(A\) не может занять первое место, а \(E\) — пятое, пара \(AE\) должна занимать места \(2,3\) или \(3,4\).
- Если \(AE\) занимает места \(2,3\), то пара \(CB\) должна занимать места \(4,5\), а \(D\) остаётся первое место. Тогда порядок имеет вид \(DAECB\), так что во втором прогнозе верно указаны все пять мест — противоречие.
- Если \(AE\) занимает места \(3,4\), то пара \(CB\) должна занимать места \(1,2\). При этом \(B\) оказывается вторым, что противоречит ошибочности первого прогноза.
Следовательно, пара \(DA\) обязательно встречается. Для этой пары возможны четыре положения.
- Места \(1,2\): Места и \(D\), и \(A\) во втором прогнозе указаны верно. Третьим участником не может быть \(E\), поскольку это дало бы третье верно предсказанное место; не может быть \(C\), поскольку первый прогноз ошибочно поставил \(C\) на третье место; и не может быть \(B\), поскольку тогда возникла бы запрещённая пара \(AB\). Таким образом, этот случай невозможен.
- Места \(3,4\): Из мест, предсказанных порядком \(DAECB\), верным могло бы оказаться только пятое место \(B\). Это противоречит требованию, что верно предсказаны ровно два места.
- Места \(4,5\): При этом \(D\) оказывается четвёртым, что противоречит ошибочности первого прогноза.
- Места \(2,3\): Первые три места, предсказанные порядком \(DAECB\), все указаны неверно. Поэтому два верно предсказанных места — это четвёртое место \(C\) и пятое место \(B\). Оставшийся ученик, \(E\), занимает первое место.
Таким образом, единственный возможный порядок — \(EDACB\).
Наконец, этот порядок удовлетворяет всем условиям. Ни один участник не занимает места, предсказанного порядком \(ABCDE\), а среди его последовательных пар \[ ED,\ DA,\ AC,\ CB \] нет ни одной из пар \(AB,BC,CD,DE\). По сравнению с \(DAECB\) ровно \(C\) и \(B\) занимают предсказанные им места, и встречаются в точности две непересекающиеся последовательные пары \(DA\) и \(CB\).
Решение проверено по архиву решений IMO Джона Скоулза (Kalva).
IMO 1963 · المسألة 6
شارك خمسة طلاب، هم \(A, B, C, D, E\)، في مسابقة. كان أحد التوقعات أن ينهي المتسابقون المسابقة بالترتيب \(ABCDE\). وكان هذا التوقع بعيدًا جدًا عن الصواب. ففي الواقع، لم ينهِ أي متسابق المسابقة في المركز المتوقع له، ولم يأتِ أي متسابقين تُوقّع أن يكونا متتاليين على هذا النحو فعلًا. وتوقع ثانٍ أن ينهي المتسابقون المسابقة بالترتيب \(DAECB\). وكان هذا التوقع أفضل. فقد أنهى اثنان بالضبط من المتسابقين المسابقة في المركزين المتوقعين لهما، وتحقق فعلًا مجيء زوجين منفصلين من الطلاب بالتتابع المتوقع. حدّد الترتيب الذي أنهى به المتسابقون المسابقة.
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي. ورقة المسائل الرسمية (PDF)
الإجابة
أنهى المتسابقون المسابقة بالترتيب \[ \boxed{EDACB}. \]
الحل
نكتب \(XY\) للدلالة على الزوج المتتالي الذي ينهي فيه \(X\) المسابقة قبل \(Y\) مباشرة. يخبرنا التوقع الأول أن \[ A\ne1,\quad B\ne2,\quad C\ne3,\quad D\ne4,\quad E\ne5, \] حيث تستبعد كل علاقة عدم مساواة المركز المشار إليه. كما أنه يستبعد الأزواج المتتالية \(AB,BC,CD,DE\).
يعطي التوقع الثاني الأزواج المتتالية \[ DA,\quad AE,\quad EC,\quad CB. \] الطرق الوحيدة لاختيار زوجين منفصلين من هذه القائمة هي \[ \{DA,EC\},\qquad \{DA,CB\},\qquad \{AE,CB\}. \]
نستبعد أولًا الاحتمال الأخير. افترض أن كلًّا من \(AE\) و\(CB\) يتحقق. بما أن \(A\) لا يمكن أن يأتي أولًا و\(E\) لا يمكن أن يأتي خامسًا، فلا بد أن يشغل الزوج \(AE\) المركزين \(2,3\) أو \(3,4\).
- إذا شغل \(AE\) المركزين \(2,3\)، فلا بد أن يشغل الزوج \(CB\) المركزين \(4,5\)، فيبقى \(D\) في المركز الأول. يكون الترتيب عندئذ \(DAECB\)، فتكون المراكز الخمسة كلها في التوقع الثاني صحيحة، وهذا تناقض.
- إذا شغل \(AE\) المركزين \(3,4\)، فلا بد أن يشغل الزوج \(CB\) المركزين \(1,2\). وهذا يضع \(B\) ثانيًا، مما يناقض خطأ التوقع الأول.
وبالتالي، لا بد أن يتحقق \(DA\). توجد أربعة مواضع ممكنة لهذا الزوج.
- المركزان \(1,2\): يكون التوقع الثاني قد وضع كلًّا من \(D\) و\(A\) في مركزه الصحيح. لا يمكن أن يكون المتسابق الثالث هو \(E\)، لأن ذلك يعطي مركزًا صحيحًا ثالثًا؛ ولا يمكن أن يكون \(C\)، لأن التوقع الأول وضع \(C\) ثالثًا على نحو خاطئ؛ ولا يمكن أن يكون \(B\)، لأن ذلك يُنشئ الزوج الممنوع \(AB\). إذن هذه الحالة مستحيلة.
- المركزان \(3,4\): من بين المراكز التي توقعها \(DAECB\)، لا يمكن أن يصح إلا مجيء \(B\) في المركز الخامس. وهذا يناقض اشتراط صحة مركزين بالضبط.
- المركزان \(4,5\): يضع هذا \(D\) رابعًا، مما يناقض خطأ التوقع الأول.
- المركزان \(2,3\): المراكز الثلاثة الأولى التي توقعها \(DAECB\) كلها خاطئة. ولذلك لا بد أن يكون مركزاه الصحيحان هما مجيء \(C\) رابعًا و\(B\) خامسًا. ويكون الطالب المتبقي، \(E\)، أولًا.
إذن الترتيب الوحيد الممكن هو \(EDACB\).
وأخيرًا، يحقق هذا الترتيب كل الشروط. فلا يشغل أيٌّ من متسابقيه المركز الذي توقعه \(ABCDE\)، وأزواجه المتتالية \[ ED,\ DA,\ AC,\ CB \] لا تتضمن أيًّا من \(AB,BC,CD,DE\). وبالمقارنة مع \(DAECB\)، يشغل \(C\) و\(B\) وحدهما مركزيهما المتوقعين، ويتحقق بالضبط الزوجان المتتاليان المنفصلان \(DA\) و\(CB\).
تمت مراجعة الحل بمقارنته بأرشيف حلول IMO لجون سكولز (Kalva).