IMO 1989 · Problem 1
Prove that the set \(\{1,2,\ldots,1989\}\) can be expressed as the disjoint union of subsets \(A_i\) \((i=1,2,\ldots,117)\) such that:
(i) Each \(A_i\) contains 17 elements;
(ii) The sum of all the elements in each \(A_i\) is the same.
Official text of the problem. Official problem paper (PDF)
Solution
We first partition \(\{1,2,\ldots,351\}\) into \(117\) triples, each having sum \(528\). Define \[ B_i=\{2i-1,\;235-i,\;294-i\} \qquad (1\le i\le59) \] and \[ C_i=\{2i,\;176-i,\;352-i\} \qquad (1\le i\le58). \] Their sums are \[ (2i-1)+(235-i)+(294-i)=528 \] and \[ 2i+(176-i)+(352-i)=528. \]
To verify that these triples form the required partition of \(\{1,\ldots,351\}\), observe that:
- Their first entries are respectively the odd and even numbers in \(\{1,\ldots,117\}\).
- Their second entries run through \(\{176,\ldots,234\}\) and \(\{118,\ldots,175\}\), respectively.
- Their third entries run through \(\{235,\ldots,293\}\) and \(\{294,\ldots,351\}\), respectively.
Thus every integer from \(1\) to \(351\) occurs exactly once, and each triple contains three distinct elements.
Now partition the remaining numbers into the pairs \[ \{352+j,\;1989-j\}, \qquad j=0,1,\ldots,818. \] The first entries cover \(\{352,\ldots,1170\}\), while the second entries cover \(\{1171,\ldots,1989\}\), so these pairs are disjoint and exhaust the remaining numbers. Each pair has sum \[ 352+j+1989-j=2341. \]
There are \(819=7\cdot117\) pairs. Divide them into \(117\) batches of seven pairs and adjoin one batch to each of the \(117\) triples. Label the resulting sets \(A_1,\ldots,A_{117}\).
These sets partition \(\{1,\ldots,1989\}\). Each contains \[ 3+7\cdot2=17 \] elements, and each has sum \[ 528+7\cdot2341=16915. \] Both required properties follow. \(\square\)
The solution was checked against John Scholes' IMO solution archive (Kalva).
IMO 1989 · Aufgabe 1
Man beweise, dass sich die Menge \(\{1,2,\ldots,1989\}\) als disjunkte Vereinigung von Teilmengen \(A_i\) \((i=1,2,\ldots,117)\) darstellen lässt, sodass gilt:
(i) Jedes \(A_i\) enthält 17 Elemente;
(ii) Die Summe aller Elemente ist in jedem \(A_i\) gleich.
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt. Offizielles Aufgabenblatt (PDF)
Lösung
Wir zerlegen zunächst \(\{1,2,\ldots,351\}\) in \(117\) Dreiermengen, deren Elemente jeweils die Summe \(528\) haben. Wir definieren \[ B_i=\{2i-1,\;235-i,\;294-i\} \qquad (1\le i\le59) \] und \[ C_i=\{2i,\;176-i,\;352-i\} \qquad (1\le i\le58). \] Ihre Summen sind \[ (2i-1)+(235-i)+(294-i)=528 \] und \[ 2i+(176-i)+(352-i)=528. \]
Um zu überprüfen, dass diese Dreiermengen die gesuchte Zerlegung von \(\{1,\ldots,351\}\) bilden, stellen wir fest:
- Ihre ersten Einträge sind die ungeraden beziehungsweise geraden Zahlen in \(\{1,\ldots,117\}\).
- Ihre zweiten Einträge durchlaufen \(\{176,\ldots,234\}\) beziehungsweise \(\{118,\ldots,175\}\).
- Ihre dritten Einträge durchlaufen \(\{235,\ldots,293\}\) beziehungsweise \(\{294,\ldots,351\}\).
Somit kommt jede ganze Zahl von \(1\) bis \(351\) genau einmal vor, und jede Dreiermenge enthält drei verschiedene Elemente.
Nun zerlegen wir die übrigen Zahlen in die Paare \[ \{352+j,\;1989-j\}, \qquad j=0,1,\ldots,818. \] Die ersten Einträge durchlaufen \(\{352,\ldots,1170\}\), während die zweiten Einträge \(\{1171,\ldots,1989\}\) durchlaufen. Diese Paare sind also disjunkt und erfassen sämtliche übrigen Zahlen. Jedes Paar hat die Summe \[ 352+j+1989-j=2341. \]
Es gibt \(819=7\cdot117\) Paare. Wir teilen sie in \(117\) Gruppen zu je sieben Paaren auf und fügen jeder der \(117\) Dreiermengen eine Gruppe hinzu. Die so entstehenden Mengen bezeichnen wir mit \(A_1,\ldots,A_{117}\).
Diese Mengen bilden eine Zerlegung von \(\{1,\ldots,1989\}\). Jede enthält \[ 3+7\cdot2=17 \] Elemente, und jede hat die Summe \[ 528+7\cdot2341=16915. \] Damit sind beide geforderten Eigenschaften erfüllt. \(\square\)
Die Lösung wurde mit dem IMO-Lösungsarchiv von John Scholes (Kalva) abgeglichen.
IMO 1989 · Soru 1
\(\{1,2,\ldots,1989\}\) kümesinin, aşağıdaki koşulları sağlayan \(A_i\) \((i=1,2,\ldots,117)\) alt kümelerinin ayrık birleşimi olarak ifade edilebileceğini kanıtlayınız:
(i) Her \(A_i\), 17 eleman içerir;
(ii) Her \(A_i\)'nin tüm elemanlarının toplamı aynıdır.
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir. Resmi soru kâğıdı (PDF)
Çözüm
Önce \(\{1,2,\ldots,351\}\) kümesini, her birinin elemanları toplamı \(528\) olan \(117\) üçlüye ayıralım. \[ B_i=\{2i-1,\;235-i,\;294-i\} \qquad (1\le i\le59) \] ve \[ C_i=\{2i,\;176-i,\;352-i\} \qquad (1\le i\le58) \] olarak tanımlayalım. Elemanlarının toplamları \[ (2i-1)+(235-i)+(294-i)=528 \] ve \[ 2i+(176-i)+(352-i)=528 \] olur.
Bu üçlülerin \(\{1,\ldots,351\}\) kümesinin istenen parçalanışını oluşturduğunu doğrulamak için şunları gözlemleyelim:
- İlk elemanları, sırasıyla \(\{1,\ldots,117\}\) kümesindeki tek ve çift sayılardır.
- İkinci elemanları, sırasıyla \(\{176,\ldots,234\}\) ve \(\{118,\ldots,175\}\) kümelerindeki tüm değerleri alır.
- Üçüncü elemanları, sırasıyla \(\{235,\ldots,293\}\) ve \(\{294,\ldots,351\}\) kümelerindeki tüm değerleri alır.
Böylece \(1\)'den \(351\)'e kadar her tam sayı tam bir kez yer alır ve her üçlü birbirinden farklı üç eleman içerir.
Şimdi kalan sayıları \[ \{352+j,\;1989-j\}, \qquad j=0,1,\ldots,818 \] ikililerine ayıralım. İlk elemanlar \(\{352,\ldots,1170\}\) kümesini, ikinci elemanlar ise \(\{1171,\ldots,1989\}\) kümesini kapsar; dolayısıyla bu ikililer ayrıktır ve kalan sayıların tümünü içerir. Her ikilinin elemanları toplamı \[ 352+j+1989-j=2341 \] olur.
\(819=7\cdot117\) ikili vardır. Bunları yedişer ikiliden oluşan \(117\) gruba ayırıp \(117\) üçlünün her birine bir grup ekleyelim. Elde edilen kümeleri \(A_1,\ldots,A_{117}\) ile adlandıralım.
Bu kümeler \(\{1,\ldots,1989\}\) kümesinin bir parçalanışını oluşturur. Her biri \[ 3+7\cdot2=17 \] eleman içerir ve her birinin elemanları toplamı \[ 528+7\cdot2341=16915 \] olur. İstenen iki özellik de böylece sağlanır. \(\square\)
Çözüm, John Scholes'un IMO çözüm arşiviyle (Kalva) karşılaştırılarak kontrol edildi.
IMO 1989 · Problema 1
Demostrar que el conjunto \(\{1,2,\ldots,1989\}\) puede expresarse como unión disjunta de subconjuntos \(A_i\) \((i=1,2,\ldots,117)\) tales que:
(i) Cada \(A_i\) contiene 17 elementos;
(ii) La suma de todos los elementos de cada \(A_i\) es la misma.
Enunciado traducido del texto oficial en inglés. Enunciado oficial (PDF)
Solución
Primero dividimos \(\{1,2,\ldots,351\}\) en \(117\) ternas, cada una de suma \(528\). Definimos \[ B_i=\{2i-1,\;235-i,\;294-i\} \qquad (1\le i\le59) \] y \[ C_i=\{2i,\;176-i,\;352-i\} \qquad (1\le i\le58). \] Sus sumas son \[ (2i-1)+(235-i)+(294-i)=528 \] y \[ 2i+(176-i)+(352-i)=528. \]
Para comprobar que estas ternas forman la partición requerida de \(\{1,\ldots,351\}\), observemos que:
- Sus primeras entradas son, respectivamente, los números impares y pares de \(\{1,\ldots,117\}\).
- Sus segundas entradas recorren \(\{176,\ldots,234\}\) y \(\{118,\ldots,175\}\), respectivamente.
- Sus terceras entradas recorren \(\{235,\ldots,293\}\) y \(\{294,\ldots,351\}\), respectivamente.
Así, cada entero de \(1\) a \(351\) aparece exactamente una vez, y cada terna contiene tres elementos distintos.
Ahora dividimos los números restantes en los pares \[ \{352+j,\;1989-j\}, \qquad j=0,1,\ldots,818. \] Las primeras entradas abarcan \(\{352,\ldots,1170\}\), mientras que las segundas abarcan \(\{1171,\ldots,1989\}\), por lo que estos pares son disjuntos y contienen todos los números restantes. Cada par tiene suma \[ 352+j+1989-j=2341. \]
Hay \(819=7\cdot117\) pares. Los dividimos en \(117\) grupos de siete pares y añadimos un grupo a cada una de las \(117\) ternas. Denotamos los conjuntos resultantes por \(A_1,\ldots,A_{117}\).
Estos conjuntos forman una partición de \(\{1,\ldots,1989\}\). Cada uno contiene \[ 3+7\cdot2=17 \] elementos, y cada uno tiene suma \[ 528+7\cdot2341=16915. \] Se cumplen las dos propiedades requeridas. \(\square\)
La solución se comprobó con el archivo de soluciones de la IMO de John Scholes (Kalva).
IMO 1989 · 问题 1
证明:集合 \(\{1,2,\ldots,1989\}\) 可以表示为子集 \(A_i\) \((i=1,2,\ldots,117)\) 的不交并,使得:
(i) 每个 \(A_i\) 含有 17 个元素;
(ii) 每个 \(A_i\) 中所有元素的和都相等。
题目译自官方英文原文。 官方试卷 (PDF)
解答
我们先将 \(\{1,2,\ldots,351\}\) 划分为 \(117\) 个三元组,每组三个数的和均为 \(528\)。定义 \[ B_i=\{2i-1,\;235-i,\;294-i\} \qquad (1\le i\le59) \] 以及 \[ C_i=\{2i,\;176-i,\;352-i\} \qquad (1\le i\le58). \] 它们的元素之和分别为 \[ (2i-1)+(235-i)+(294-i)=528 \] 和 \[ 2i+(176-i)+(352-i)=528. \]
为验证这些三元组构成 \(\{1,\ldots,351\}\) 的所需划分,注意到:
- 它们的第一个数分别为 \(\{1,\ldots,117\}\) 中的奇数和偶数。
- 它们的第二个数分别遍历 \(\{176,\ldots,234\}\) 和 \(\{118,\ldots,175\}\)。
- 它们的第三个数分别遍历 \(\{235,\ldots,293\}\) 和 \(\{294,\ldots,351\}\)。
因此,从 \(1\) 到 \(351\) 的每个整数恰好出现一次,且每个三元组都含有三个互不相同的元素。
现在将其余的数分成如下数对: \[ \{352+j,\;1989-j\}, \qquad j=0,1,\ldots,818. \] 第一个数遍历 \(\{352,\ldots,1170\}\),第二个数遍历 \(\{1171,\ldots,1989\}\),因此这些数对两两不交,且包含了所有剩余的数。每对数的和为 \[ 352+j+1989-j=2341. \]
共有 \(819=7\cdot117\) 对数。将它们分为 \(117\) 批,每批七对,并将每批分别加入 \(117\) 个三元组中的一个。将所得集合记为 \(A_1,\ldots,A_{117}\)。
这些集合构成 \(\{1,\ldots,1989\}\) 的一个划分。每个集合含有 \[ 3+7\cdot2=17 \] 个元素,且每个集合的元素之和均为 \[ 528+7\cdot2341=16915. \] 所要求的两个性质均得证。\(\square\)
解答已与 John Scholes 的 IMO 解答档案(Kalva)核对。
IMO 1989 · Задача 1
Докажите, что множество \(\{1,2,\ldots,1989\}\) можно представить в виде объединения попарно непересекающихся подмножеств \(A_i\) \((i=1,2,\ldots,117)\), таких что:
(i) Каждое \(A_i\) содержит 17 элементов;
(ii) Сумма всех элементов каждого \(A_i\) одна и та же.
Условие переведено с официального английского текста. Официальный текст задач (PDF)
Решение
Сначала разобьём \(\{1,2,\ldots,351\}\) на \(117\) троек, сумма чисел в каждой из которых равна \(528\). Положим \[ B_i=\{2i-1,\;235-i,\;294-i\} \qquad (1\le i\le59) \] и \[ C_i=\{2i,\;176-i,\;352-i\} \qquad (1\le i\le58). \] Суммы чисел в них равны \[ (2i-1)+(235-i)+(294-i)=528 \] и \[ 2i+(176-i)+(352-i)=528. \]
Чтобы проверить, что эти тройки образуют требуемое разбиение \(\{1,\ldots,351\}\), заметим, что:
- Их первые элементы — соответственно нечётные и чётные числа из \(\{1,\ldots,117\}\).
- Их вторые элементы пробегают соответственно множества \(\{176,\ldots,234\}\) и \(\{118,\ldots,175\}\).
- Их третьи элементы пробегают соответственно множества \(\{235,\ldots,293\}\) и \(\{294,\ldots,351\}\).
Таким образом, каждое целое число от \(1\) до \(351\) встречается ровно один раз, и каждая тройка содержит три различных элемента.
Теперь разобьём оставшиеся числа на пары \[ \{352+j,\;1989-j\}, \qquad j=0,1,\ldots,818. \] Первые элементы пробегают множество \(\{352,\ldots,1170\}\), а вторые — множество \(\{1171,\ldots,1989\}\), поэтому эти пары попарно не пересекаются и исчерпывают все оставшиеся числа. Сумма чисел в каждой паре равна \[ 352+j+1989-j=2341. \]
Всего имеется \(819=7\cdot117\) пар. Разделим их на \(117\) групп по семь пар и присоединим по одной группе к каждой из \(117\) троек. Обозначим полученные множества через \(A_1,\ldots,A_{117}\).
Эти множества образуют разбиение \(\{1,\ldots,1989\}\). Каждое из них содержит \[ 3+7\cdot2=17 \] элементов, а сумма его элементов равна \[ 528+7\cdot2341=16915. \] Оба требуемых свойства доказаны. \(\square\)
Решение проверено по архиву решений IMO Джона Скоулза (Kalva).
IMO 1989 · المسألة 1
أثبت أنه يمكن التعبير عن المجموعة \(\{1,2,\ldots,1989\}\) بوصفها اتحادًا لمجموعات جزئية متباينة مثنى مثنى \(A_i\) \((i=1,2,\ldots,117)\) بحيث:
(i) تحتوي كل مجموعة \(A_i\) على 17 عنصرًا؛
(ii) يكون مجموع جميع العناصر في كل مجموعة \(A_i\) واحدًا.
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي. ورقة المسائل الرسمية (PDF)
الحل
نقسم أولًا \(\{1,2,\ldots,351\}\) إلى \(117\) مجموعة ثلاثية، مجموع عناصر كل منها \(528\). نعرّف \[ B_i=\{2i-1,\;235-i,\;294-i\} \qquad (1\le i\le59) \] و \[ C_i=\{2i,\;176-i,\;352-i\} \qquad (1\le i\le58). \] ومجموعا عناصرهما هما \[ (2i-1)+(235-i)+(294-i)=528 \] و \[ 2i+(176-i)+(352-i)=528. \]
للتحقق من أن هذه المجموعات الثلاثية تشكّل التقسيم المطلوب للمجموعة \(\{1,\ldots,351\}\)، نلاحظ ما يأتي:
- عناصرها الأولى هي، على الترتيب، الأعداد الفردية والأعداد الزوجية في \(\{1,\ldots,117\}\).
- عناصرها الثانية تستغرق \(\{176,\ldots,234\}\) و\(\{118,\ldots,175\}\)، على الترتيب.
- عناصرها الثالثة تستغرق \(\{235,\ldots,293\}\) و\(\{294,\ldots,351\}\)، على الترتيب.
وهكذا يظهر كل عدد صحيح من \(1\) إلى \(351\) مرة واحدة بالضبط، وتحتوي كل مجموعة ثلاثية على ثلاثة عناصر متمايزة.
نقسم الآن الأعداد المتبقية إلى الأزواج \[ \{352+j,\;1989-j\}, \qquad j=0,1,\ldots,818. \] تغطي العناصر الأولى \(\{352,\ldots,1170\}\)، بينما تغطي العناصر الثانية \(\{1171,\ldots,1989\}\)، ولذلك فإن هذه الأزواج متباينة مثنى مثنى وتستغرق الأعداد المتبقية. ومجموع عنصري كل زوج هو \[ 352+j+1989-j=2341. \]
يوجد \(819=7\cdot117\) زوجًا. نقسمها إلى \(117\) حزمة، في كل منها سبعة أزواج، ونضم حزمة واحدة إلى كل مجموعة من المجموعات الثلاثية الـ\(117\). نرمز إلى المجموعات الناتجة بـ\(A_1,\ldots,A_{117}\).
تشكّل هذه المجموعات تقسيمًا للمجموعة \(\{1,\ldots,1989\}\). وتحتوي كل منها على \[ 3+7\cdot2=17 \] عنصرًا، ومجموع عناصر كل منها هو \[ 528+7\cdot2341=16915. \] وبذلك تتحقق الخاصيتان المطلوبتان. \(\square\)
تمت مراجعة الحل بمقارنته بأرشيف حلول IMO لجون سكولز (Kalva).