IMO 1998 · Problem 2
In a competition, there are \(a\) contestants and \(b\) judges, where \(b \geq 3\) is an odd integer. Each judge rates each contestant as either “pass” or “fail”. Suppose \(k\) is a number such that, for any two judges, their ratings coincide for at most \(k\) contestants. Prove that \(k/a \geq (b - 1)/(2b)\).
Official text of the problem. Official problem paper (PDF)
Solution
Let \(N\) be the number of pairs consisting of a contestant and an unordered pair of judges whose ratings of that contestant coincide. We count \(N\) in two ways.
There are \(\binom{b}{2}\) pairs of judges, and each pair agrees on at most \(k\) contestants. Hence \[ N\leq k\binom{b}{2}=\frac{kb(b-1)}2. \]
Now fix a contestant, and suppose exactly \(p\) judges give that contestant a “pass”. The other \(b-p\) judges give a “fail”, so the number of pairs agreeing on this contestant is \[ \frac{p(p-1)}2+\frac{(b-p)(b-p-1)}2 =\frac{(2p-b)^2+b^2-2b}{4}. \] Since \(b\) is odd, \(2p-b\) is an odd integer and therefore \((2p-b)^2\geq1\). Thus each contestant contributes at least \[ \frac{1+b^2-2b}{4}=\frac{(b-1)^2}{4} \] to \(N\). Summing over all \(a\) contestants gives \[ N\geq\frac{a(b-1)^2}{4}. \]
Combining the bounds, \[ \frac{a(b-1)^2}{4}\leq\frac{kb(b-1)}2. \] Dividing by the positive quantity \(ab(b-1)/2\), we obtain \[ \boxed{\frac{k}{a}\geq\frac{b-1}{2b}}. \]
The solution was checked against Evan Chen's published IMO solution notes.
IMO 1998 · Aufgabe 2
An einem Wettbewerb nehmen \(a\) Teilnehmer und \(b\) Juroren teil, wobei \(b \geq 3\) eine ungerade ganze Zahl ist. Jeder Juror bewertet jeden Teilnehmer entweder mit „bestanden“ oder mit „nicht bestanden“. Sei \(k\) eine Zahl mit der Eigenschaft, dass die Bewertungen je zweier Juroren bei höchstens \(k\) Teilnehmern übereinstimmen. Beweise, dass \(k/a \geq (b - 1)/(2b)\).
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt. Offizielles Aufgabenblatt (PDF)
Lösung
Sei \(N\) die Anzahl der Paare, die aus einem Teilnehmer und einem ungeordneten Paar von Juroren bestehen, deren Bewertungen dieses Teilnehmers übereinstimmen. Wir zählen \(N\) auf zwei Arten.
Es gibt \(\binom{b}{2}\) Jurorenpaare, und jedes Paar stimmt bei höchstens \(k\) Teilnehmern überein. Daher gilt \[ N\leq k\binom{b}{2}=\frac{kb(b-1)}2. \]
Betrachten wir nun einen festen Teilnehmer, und nehmen wir an, dass genau \(p\) Juroren ihn mit „bestanden“ bewerten. Die übrigen \(b-p\) Juroren bewerten ihn mit „nicht bestanden“, sodass die Anzahl der Paare, die bei diesem Teilnehmer übereinstimmen, gleich \[ \frac{p(p-1)}2+\frac{(b-p)(b-p-1)}2 =\frac{(2p-b)^2+b^2-2b}{4} \] ist. Da \(b\) ungerade ist, ist \(2p-b\) eine ungerade ganze Zahl, und daher gilt \((2p-b)^2\geq1\). Somit trägt jeder Teilnehmer mindestens \[ \frac{1+b^2-2b}{4}=\frac{(b-1)^2}{4} \] zu \(N\) bei. Summieren wir über alle \(a\) Teilnehmer, so ergibt sich \[ N\geq\frac{a(b-1)^2}{4}. \]
Durch Kombination der beiden Abschätzungen erhalten wir \[ \frac{a(b-1)^2}{4}\leq\frac{kb(b-1)}2. \] Division durch die positive Größe \(ab(b-1)/2\) liefert \[ \boxed{\frac{k}{a}\geq\frac{b-1}{2b}}. \]
Die Lösung wurde mit den veröffentlichten IMO-Lösungsnotizen von Evan Chen abgeglichen.
IMO 1998 · Soru 2
Bir yarışmada \(a\) yarışmacı ve \(b\) jüri üyesi vardır; burada \(b \geq 3\) tek bir tam sayıdır. Her jüri üyesi her yarışmacıyı “başarılı” ya da “başarısız” olarak değerlendirir. Herhangi iki jüri üyesinin değerlendirmelerinin en fazla \(k\) yarışmacı için aynı olduğu bir \(k\) sayısı verilsin. \(k/a \geq (b - 1)/(2b)\) olduğunu kanıtlayınız.
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir. Resmi soru kâğıdı (PDF)
Çözüm
Bir yarışmacı ile o yarışmacı hakkındaki değerlendirmeleri aynı olan sırasız bir jüri üyesi çiftinden oluşan ikililerin sayısı \(N\) olsun. \(N\)'yi iki farklı yoldan sayacağız.
\(\binom{b}{2}\) jüri üyesi çifti vardır ve her çift en fazla \(k\) yarışmacı için aynı değerlendirmeyi yapar. Dolayısıyla \[ N\leq k\binom{b}{2}=\frac{kb(b-1)}2. \]
Şimdi bir yarışmacıyı sabitleyelim ve tam olarak \(p\) jüri üyesinin bu yarışmacıyı “başarılı” olarak değerlendirdiğini varsayalım. Diğer \(b-p\) jüri üyesi “başarısız” değerlendirmesi yaptığına göre, bu yarışmacı için aynı değerlendirmeyi yapan çiftlerin sayısı \[ \frac{p(p-1)}2+\frac{(b-p)(b-p-1)}2 =\frac{(2p-b)^2+b^2-2b}{4} \] olur. \(b\) tek olduğundan \(2p-b\) tek bir tam sayıdır ve dolayısıyla \((2p-b)^2\geq1\). Böylece her yarışmacının \(N\)'ye katkısı en az \[ \frac{1+b^2-2b}{4}=\frac{(b-1)^2}{4} \] olur. \(a\) yarışmacının tümü üzerinden toplayarak \[ N\geq\frac{a(b-1)^2}{4} \] elde ederiz.
Bu sınırları birleştirirsek, \[ \frac{a(b-1)^2}{4}\leq\frac{kb(b-1)}2. \] Pozitif \(ab(b-1)/2\) niceliğine bölerek \[ \boxed{\frac{k}{a}\geq\frac{b-1}{2b}} \] elde ederiz.
Çözüm, Evan Chen'in yayımlanmış IMO çözüm notlarıyla karşılaştırılarak kontrol edildi.
IMO 1998 · Problema 2
En una competición hay \(a\) concursantes y \(b\) jueces, donde \(b \geq 3\) es un entero impar. Cada juez califica a cada concursante como «aprobado» o «suspenso». Supongamos que \(k\) es un número tal que, para cualesquiera dos jueces, sus calificaciones coinciden para a lo sumo \(k\) concursantes. Demostrar que \(k/a \geq (b - 1)/(2b)\).
Enunciado traducido del texto oficial en inglés. Enunciado oficial (PDF)
Solución
Sea \(N\) el número de pares formados por un concursante y un par no ordenado de jueces cuyas calificaciones de ese concursante coinciden. Contamos \(N\) de dos maneras.
Hay \(\binom{b}{2}\) pares de jueces, y cada par coincide en las calificaciones de a lo sumo \(k\) concursantes. Por tanto, \[ N\leq k\binom{b}{2}=\frac{kb(b-1)}2. \]
Fijemos ahora un concursante y supongamos que exactamente \(p\) jueces lo califican como «aprobado». Los otros \(b-p\) jueces lo califican como «suspenso», por lo que el número de pares que coinciden en la calificación de este concursante es \[ \frac{p(p-1)}2+\frac{(b-p)(b-p-1)}2 =\frac{(2p-b)^2+b^2-2b}{4}. \] Como \(b\) es impar, \(2p-b\) es un entero impar y, por tanto, \((2p-b)^2\geq1\). Así, cada concursante aporta al menos \[ \frac{1+b^2-2b}{4}=\frac{(b-1)^2}{4} \] a \(N\). Sumando sobre los \(a\) concursantes, obtenemos \[ N\geq\frac{a(b-1)^2}{4}. \]
Combinando las cotas, \[ \frac{a(b-1)^2}{4}\leq\frac{kb(b-1)}2. \] Dividiendo por la cantidad positiva \(ab(b-1)/2\), obtenemos \[ \boxed{\frac{k}{a}\geq\frac{b-1}{2b}}. \]
La solución se comprobó con las notas de soluciones de la IMO publicadas por Evan Chen.
IMO 1998 · 问题 2
一场竞赛有 \(a\) 名参赛者和 \(b\) 名评委,其中 \(b \geq 3\) 是奇整数。每位评委对每名参赛者的评定均为“通过”或“不通过”。设数 \(k\) 满足:对于任意两位评委,他们给出相同评定的参赛者至多有 \(k\) 名。证明:\(k/a \geq (b - 1)/(2b)\)。
题目译自官方英文原文。 官方试卷 (PDF)
解答
设 \(N\) 为由一名参赛者和一对无序的评委组成、且这两位评委对该参赛者的评定相同的组合数。我们用两种方法计算 \(N\)。
共有 \(\binom{b}{2}\) 对评委,每对评委至多对 \(k\) 名参赛者给出相同评定。因此 \[ N\leq k\binom{b}{2}=\frac{kb(b-1)}2. \]
现在固定一名参赛者,设恰有 \(p\) 位评委评定该参赛者“通过”。其余 \(b-p\) 位评委评定其“不通过”,所以对这名参赛者给出相同评定的评委对数为 \[ \frac{p(p-1)}2+\frac{(b-p)(b-p-1)}2 =\frac{(2p-b)^2+b^2-2b}{4}. \] 由于 \(b\) 为奇数,\(2p-b\) 是奇整数,因而 \((2p-b)^2\geq1\)。因此,每名参赛者对 \(N\) 的贡献至少为 \[ \frac{1+b^2-2b}{4}=\frac{(b-1)^2}{4} \] 。对全部 \(a\) 名参赛者求和,得 \[ N\geq\frac{a(b-1)^2}{4}. \]
结合上述上下界, \[ \frac{a(b-1)^2}{4}\leq\frac{kb(b-1)}2. \] 两边除以正数 \(ab(b-1)/2\),得到 \[ \boxed{\frac{k}{a}\geq\frac{b-1}{2b}}. \]
解答已与 Evan Chen 发布的 IMO 解答笔记核对。
IMO 1998 · Задача 2
В конкурсе участвуют \(a\) конкурсантов и \(b\) судей, где \(b \geq 3\) — нечётное целое число. Каждый судья ставит каждому конкурсанту одну из двух оценок: «зачёт» или «незачёт». Пусть \(k\) — такое число, что оценки любых двух судей совпадают не более чем для \(k\) конкурсантов. Докажите, что \(k/a \geq (b - 1)/(2b)\).
Условие переведено с официального английского текста. Официальный текст задач (PDF)
Решение
Пусть \(N\) — число пар, состоящих из конкурсанта и неупорядоченной пары судей, поставивших этому конкурсанту одинаковые оценки. Подсчитаем \(N\) двумя способами.
Всего имеется \(\binom{b}{2}\) пар судей, и оценки каждой пары совпадают не более чем для \(k\) конкурсантов. Поэтому \[ N\leq k\binom{b}{2}=\frac{kb(b-1)}2. \]
Теперь зафиксируем конкурсанта и предположим, что ровно \(p\) судей поставили ему «зачёт». Остальные \(b-p\) судей поставили «незачёт», поэтому число пар судей, чьи оценки этого конкурсанта совпали, равно \[ \frac{p(p-1)}2+\frac{(b-p)(b-p-1)}2 =\frac{(2p-b)^2+b^2-2b}{4}. \] Поскольку \(b\) нечётно, \(2p-b\) — нечётное целое число, и потому \((2p-b)^2\geq1\). Таким образом, каждый конкурсант вносит не менее \[ \frac{1+b^2-2b}{4}=\frac{(b-1)^2}{4} \] в \(N\). Суммируя по всем \(a\) конкурсантам, получаем \[ N\geq\frac{a(b-1)^2}{4}. \]
Объединяя оценки, имеем \[ \frac{a(b-1)^2}{4}\leq\frac{kb(b-1)}2. \] Деля на положительную величину \(ab(b-1)/2\), получаем \[ \boxed{\frac{k}{a}\geq\frac{b-1}{2b}}. \]
Решение проверено по опубликованным заметкам Эвана Чена с решениями IMO.
IMO 1998 · المسألة 2
في مسابقة، يوجد \(a\) متسابقًا و\(b\) حكمًا، حيث \(b \geq 3\) عدد صحيح فردي. يقيّم كل حكم كل متسابق إما بـ«ناجح» أو بـ«راسب». افترض أن \(k\) عدد بحيث تتطابق تقييمات أي حكمين لعدد لا يتجاوز \(k\) من المتسابقين. أثبت أن \(k/a \geq (b - 1)/(2b)\).
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي. ورقة المسائل الرسمية (PDF)
الحل
ليكن \(N\) عدد الأزواج التي يتكون كل منها من متسابق وزوج غير مرتب من الحكام تتطابق تقييماتهما لذلك المتسابق. نعدّ \(N\) بطريقتين.
يوجد \(\binom{b}{2}\) زوجًا من الحكام، ويتفق كل زوج في تقييم عدد لا يتجاوز \(k\) من المتسابقين. ومن ثم \[ N\leq k\binom{b}{2}=\frac{kb(b-1)}2. \]
نثبت الآن متسابقًا، ونفترض أن \(p\) حكمًا بالضبط يقيّمونه بـ«ناجح». ويقيّمه الحكام الآخرون، وعددهم \(b-p\)، بـ«راسب»، لذا فإن عدد الأزواج المتفقة في تقييم هذا المتسابق هو \[ \frac{p(p-1)}2+\frac{(b-p)(b-p-1)}2 =\frac{(2p-b)^2+b^2-2b}{4}. \] بما أن \(b\) فردي، فإن \(2p-b\) عدد صحيح فردي، وبالتالي \((2p-b)^2\geq1\). إذن يسهم كل متسابق في \(N\) بما لا يقل عن \[ \frac{1+b^2-2b}{4}=\frac{(b-1)^2}{4} \] من الأزواج. وبالجمع على جميع المتسابقين البالغ عددهم \(a\)، نحصل على \[ N\geq\frac{a(b-1)^2}{4}. \]
بالجمع بين الحدين، \[ \frac{a(b-1)^2}{4}\leq\frac{kb(b-1)}2. \] وبالقسمة على المقدار الموجب \(ab(b-1)/2\)، نحصل على \[ \boxed{\frac{k}{a}\geq\frac{b-1}{2b}}. \]
تمت مراجعة الحل بمقارنته بملاحظات حلول IMO المنشورة لإيفان تشين.