IMO 2018 · Problem 3
An anti-Pascal triangle is an equilateral triangular array of numbers such that, except for the numbers in the bottom row, each number is the absolute value of the difference of the two numbers immediately below it. For example, the following array is an anti-Pascal triangle with four rows which contains every integer from 1 to 10.
\[ \begin{array}{ccccccc} &&&4&&&\\ &&2&&6&&\\ &5&&7&&1&\\ 8&&3&&10&&9 \end{array} \]
Does there exist an anti-Pascal triangle with 2018 rows which contains every integer from 1 to \(1+2+\cdots+2018\)?
Official text of the problem. Official problem paper (PDF)
Answer
No.
Solution
Put \(n=2018\) and \(N=n(n+1)/2\). Suppose such a triangle exists. It has exactly \(N\) entries, so its entries are precisely \(1,2,\ldots,N\), each occurring once.
Number the rows from top to bottom. Let \(m_r\) and \(M_r\) denote the minimum and maximum entries in row \(r\). Every entry in row \(r-1\) is the absolute difference of two entries in row \(r\), so \[ M_{r-1}\le M_r-m_r \qquad (2\le r\le n). \] Since \(M_1=m_1\), summing gives \[ m_1+m_2+\cdots+m_n\le M_n\le N. \] But the row minima are \(n\) distinct positive integers, so \[ m_1+m_2+\cdots+m_n\ge 1+2+\cdots+n=N. \] Thus equality holds, and the row minima are exactly \(1,2,\ldots,n\), in some order. Because every entry occurs only once, each row contains exactly one entry at most \(n\). Call these entries small.
Call an entry large if it belongs to \[ \{N-n+1,N-n+2,\ldots,N\}. \] There are exactly \(n=2018\) large entries. We will bound how many the triangle can contain.
First, all large entries lie in the bottom \(64\) rows. Indeed, iterating the inequality for row maxima gives \[ M_r\le M_n-\sum_{j=r+1}^{n}m_j \le N-\sum_{j=r+1}^{n}m_j. \] If there are at least \(64\) rows below row \(r\), their distinct positive minima have sum at least \[ 1+2+\cdots+64=2080>2018=n. \] Consequently \(M_r<N-n\), so row \(r\) contains no large entry.
Second, every row other than the bottom row contains at most two large entries. To see this, let a large entry \(v\) have children \(x>y\). Then \[ v=x-y,\qquad y=x-v\le N-(N-n+1)=n-1. \] Thus every large entry has a small child. The next row contains exactly one small entry, and a given entry can be a child of at most two entries in the row above. This proves the bound.
Finally, partition the bottom row into its \(1009\) consecutive disjoint pairs. If both entries of a pair are large, their absolute difference is at most \(n-1\); hence the entry immediately above that pair is small. Different pairs give different entries in the row above, which contains only one small entry. Therefore at most one pair contains two large entries, and the bottom row contains at most \[ 1009+1=1010 \] large entries.
There are only \(63\) other rows among the bottom \(64\) rows. The total number of large entries is therefore at most \[ 2\cdot63+1010=1136<2018, \] contradicting the existence of all \(2018\) large entries. Hence the required triangle does not exist.
The solution was checked against the official IMO shortlist solutions.
IMO 2018 · Aufgabe 3
Ein anti-Pascalsches Dreieck ist eine gleichseitig dreieckige Anordnung von Zahlen in der, mit Ausnahme der Zahlen in der untersten Zeile, jede Zahl gleich dem Absolutbetrag der Differenz der beiden unmittelbar darunter stehenden Zahlen ist. Zum Beispiel ist die folgende Anordnung ein anti-Pascalsches Dreieck mit vier Zeilen, das jede ganze Zahl von 1 bis 10 enthält.
\[ \begin{array}{ccccccc} &&&4&&&\\ &&2&&6&&\\ &5&&7&&1&\\ 8&&3&&10&&9 \end{array} \]
Existiert ein anti-Pascalsches Dreieck mit 2018 Zeilen, das jede ganze Zahl von 1 bis \(1+2+\cdots+2018\) enthält?
Offizieller deutscher Aufgabentext. Offizielles Aufgabenblatt (PDF)
Antwort
Nein.
Lösung
Wir setzen \(n=2018\) und \(N=n(n+1)/2\). Angenommen, ein solches Dreieck existiert. Es hat genau \(N\) Einträge, also sind seine Einträge genau \(1,2,\ldots,N\), wobei jeder genau einmal vorkommt.
Wir nummerieren die Zeilen von oben nach unten. Es seien \(m_r\) und \(M_r\) der kleinste bzw. größte Eintrag in Zeile \(r\). Jeder Eintrag in Zeile \(r-1\) ist der Absolutbetrag der Differenz zweier Einträge in Zeile \(r\), also gilt \[ M_{r-1}\le M_r-m_r \qquad (2\le r\le n). \] Wegen \(M_1=m_1\) ergibt die Summation \[ m_1+m_2+\cdots+m_n\le M_n\le N. \] Die Zeilenminima sind jedoch \(n\) verschiedene positive ganze Zahlen, also ist \[ m_1+m_2+\cdots+m_n\ge 1+2+\cdots+n=N. \] Somit gilt Gleichheit, und die Zeilenminima sind genau \(1,2,\ldots,n\) in irgendeiner Reihenfolge. Da jeder Eintrag nur einmal vorkommt, enthält jede Zeile genau einen Eintrag, der höchstens \(n\) ist. Diese Einträge nennen wir klein.
Wir nennen einen Eintrag groß, wenn er zu \[ \{N-n+1,N-n+2,\ldots,N\} \] gehört. Es gibt genau \(n=2018\) große Einträge. Wir werden abschätzen, wie viele davon das Dreieck enthalten kann.
Erstens liegen alle großen Einträge in den untersten \(64\) Zeilen. Wiederholte Anwendung der Ungleichung für die Zeilenmaxima ergibt nämlich \[ M_r\le M_n-\sum_{j=r+1}^{n}m_j \le N-\sum_{j=r+1}^{n}m_j. \] Liegen mindestens \(64\) Zeilen unterhalb von Zeile \(r\), so haben ihre verschiedenen positiven Minima eine Summe von mindestens \[ 1+2+\cdots+64=2080>2018=n. \] Folglich gilt \(M_r<N-n\), also enthält Zeile \(r\) keinen großen Eintrag.
Zweitens enthält jede Zeile außer der untersten höchstens zwei große Einträge. Um dies zu sehen, seien \(x>y\) die beiden unmittelbar unter einem großen Eintrag \(v\) stehenden Einträge. Dann gilt \[ v=x-y,\qquad y=x-v\le N-(N-n+1)=n-1. \] Somit hat jeder große Eintrag einen kleinen Eintrag unmittelbar unter sich. Die nächste Zeile enthält genau einen kleinen Eintrag, und ein gegebener Eintrag kann unmittelbar unter höchstens zwei Einträgen der darüberliegenden Zeile stehen. Dies beweist die Schranke.
Schließlich zerlegen wir die unterste Zeile in ihre \(1009\) aufeinanderfolgenden disjunkten Paare. Sind beide Einträge eines Paares groß, so beträgt der Absolutbetrag ihrer Differenz höchstens \(n-1\); daher ist der Eintrag unmittelbar über diesem Paar klein. Verschiedene Paare ergeben verschiedene Einträge in der darüberliegenden Zeile, die nur einen kleinen Eintrag enthält. Also enthält höchstens ein Paar zwei große Einträge, und die unterste Zeile enthält höchstens \[ 1009+1=1010 \] große Einträge.
Unter den untersten \(64\) Zeilen gibt es nur \(63\) weitere Zeilen. Die Gesamtzahl der großen Einträge beträgt daher höchstens \[ 2\cdot63+1010=1136<2018, \] im Widerspruch zur Existenz aller \(2018\) großen Einträge. Somit existiert das gesuchte Dreieck nicht.
Die Lösung wurde mit den offiziellen Lösungen der IMO-Shortlist abgeglichen.
IMO 2018 · Soru 3
Eşkenar üçgen şeklindeki bir sayı dizilişinde en alttaki satır dışındaki her bir sayı kendisinin hemen altındaki iki sayının farkının mutlak değerine eşitse bu dizilişe bir tuhaf Pascal üçgeni diyelim. Örneğin, aşağıda \(1\) den \(10\) a kadar tüm tam sayıları içeren dört satırlı bir tuhaf Pascal üçgeni gösterilmiştir.
\[ \begin{array}{ccccccc} &&&4&&&\\ &&2&&6&&\\ &5&&7&&1&\\ 8&&3&&10&&9 \end{array} \]
\(1\) den \(1+2+\cdots+2018\) sayısına kadar tüm tam sayıları içeren \(2018\) satırlı bir tuhaf Pascal üçgeni var mıdır?
Sorunun resmi Türkçe metni. Resmi soru kâğıdı (PDF)
Cevap
Hayır.
Çözüm
\(n=2018\) ve \(N=n(n+1)/2\) olsun. Böyle bir üçgenin var olduğunu varsayalım. Bu üçgende tam olarak \(N\) sayı bulunduğundan, üçgendeki sayılar her biri bir kez yer almak üzere tam olarak \(1,2,\ldots,N\) dir.
Satırları yukarıdan aşağıya doğru numaralandıralım. \(r\). satırdaki en küçük ve en büyük sayıları sırasıyla \(m_r\) ve \(M_r\) ile gösterelim. \(r-1\). satırdaki her sayı, \(r\). satırdaki iki sayının farkının mutlak değeri olduğundan \[ M_{r-1}\le M_r-m_r \qquad (2\le r\le n). \] \(M_1=m_1\) olduğundan, bu eşitsizlikleri toplayarak \[ m_1+m_2+\cdots+m_n\le M_n\le N \] elde ederiz. Ancak satırların en küçük sayıları birbirinden farklı \(n\) pozitif tam sayı olduğundan \[ m_1+m_2+\cdots+m_n\ge 1+2+\cdots+n=N. \] Dolayısıyla eşitlik sağlanır ve satırların en küçük sayıları, bir sırada, tam olarak \(1,2,\ldots,n\) dir. Her sayı yalnızca bir kez yer aldığından, her satırda \(n\) den küçük veya eşit tam olarak bir sayı bulunur. Bu sayılara küçük diyelim.
Bir sayı \[ \{N-n+1,N-n+2,\ldots,N\} \] kümesine aitse ona büyük diyelim. Tam olarak \(n=2018\) büyük sayı vardır. Üçgenin bunlardan kaç tane içerebileceğine bir üst sınır bulacağız.
İlk olarak, tüm büyük sayılar en alttaki \(64\) satırdadır. Gerçekten, satırların en büyük sayıları için elde edilen eşitsizliği art arda uygulayarak \[ M_r\le M_n-\sum_{j=r+1}^{n}m_j \le N-\sum_{j=r+1}^{n}m_j \] elde ederiz. \(r\). satırın altında en az \(64\) satır varsa, bu satırların birbirinden farklı pozitif en küçük sayılarının toplamı en az \[ 1+2+\cdots+64=2080>2018=n \] olur. Dolayısıyla \(M_r<N-n\) dir ve \(r\). satırda büyük sayı bulunmaz.
İkinci olarak, en alt satır dışındaki her satır en fazla iki büyük sayı içerir. Bunu görmek için, büyük bir \(v\) sayısının hemen altındaki iki sayı \(x>y\) olsun. O zaman \[ v=x-y,\qquad y=x-v\le N-(N-n+1)=n-1. \] Dolayısıyla her büyük sayının hemen altındaki iki sayıdan biri küçüktür. Bir sonraki satır tam olarak bir küçük sayı içerir ve herhangi bir sayı, bir üst satırdaki en fazla iki sayının hemen altında bulunabilir. Bu, üst sınırı kanıtlar.
Son olarak, en alt satırı ardışık sayılardan oluşan, birbirinden ayrık \(1009\) çifte ayıralım. Bir çiftin her iki sayısı da büyükse farklarının mutlak değeri en fazla \(n-1\) dir; dolayısıyla bu çiftin hemen üstündeki sayı küçüktür. Farklı çiftler bir üst satırda farklı sayılar verir ve bu satırda yalnızca bir küçük sayı vardır. Bu nedenle en fazla bir çift iki büyük sayı içerir ve en alt satırda en fazla \[ 1009+1=1010 \] büyük sayı bulunur.
En alttaki \(64\) satır arasında yalnızca \(63\) başka satır vardır. Dolayısıyla büyük sayıların toplam adedi en fazla \[ 2\cdot63+1010=1136<2018, \] olur; bu ise \(2018\) büyük sayının tamamının bulunmasıyla çelişir. Öyleyse istenen üçgen yoktur.
Çözüm, resmi IMO shortlist çözümleriyle karşılaştırılarak kontrol edildi.
IMO 2018 · Problema 3
Un triángulo anti-Pascal es una disposición de números en forma de triángulo equilátero de tal manera que cada número, excepto los de la última fila, es el valor absoluto de la diferencia de los dos números que están inmediatamente debajo de él. Por ejemplo, la siguiente disposición es un triángulo anti-Pascal con cuatro filas que contiene todos los enteros desde 1 hasta 10.
\[ \begin{array}{ccccccc} &&&4&&&\\ &&2&&6&&\\ &5&&7&&1&\\ 8&&3&&10&&9 \end{array} \]
Determinar si existe un triángulo anti-Pascal con 2018 filas que contenga todos los enteros desde 1 hasta \(1+2+\cdots+2018\).
Texto oficial en español del problema. Enunciado oficial (PDF)
Respuesta
No.
Solución
Pongamos \(n=2018\) y \(N=n(n+1)/2\). Supongamos que existe tal triángulo. Tiene exactamente \(N\) números, por lo que sus números son precisamente \(1,2,\ldots,N\), cada uno de los cuales aparece una sola vez.
Numeremos las filas de arriba abajo. Sean \(m_r\) y \(M_r\) el menor y el mayor número de la fila \(r\), respectivamente. Cada número de la fila \(r-1\) es la diferencia absoluta de dos números de la fila \(r\), por lo que \[ M_{r-1}\le M_r-m_r \qquad (2\le r\le n). \] Como \(M_1=m_1\), al sumar obtenemos \[ m_1+m_2+\cdots+m_n\le M_n\le N. \] Pero los mínimos de las filas son \(n\) enteros positivos distintos, por lo que \[ m_1+m_2+\cdots+m_n\ge 1+2+\cdots+n=N. \] Por tanto, se da la igualdad, y los mínimos de las filas son exactamente \(1,2,\ldots,n\), en algún orden. Como cada número aparece una sola vez, cada fila contiene exactamente un número menor o igual que \(n\). Llamemos pequeños a estos números.
Llamemos grande a un número si pertenece a \[ \{N-n+1,N-n+2,\ldots,N\}. \] Hay exactamente \(n=2018\) números grandes. Acotaremos cuántos puede contener el triángulo.
En primer lugar, todos los números grandes están en las últimas \(64\) filas. En efecto, iterando la desigualdad para los máximos de las filas obtenemos \[ M_r\le M_n-\sum_{j=r+1}^{n}m_j \le N-\sum_{j=r+1}^{n}m_j. \] Si hay al menos \(64\) filas por debajo de la fila \(r\), sus mínimos, que son enteros positivos distintos, suman al menos \[ 1+2+\cdots+64=2080>2018=n. \] Por consiguiente, \(M_r<N-n\), por lo que la fila \(r\) no contiene ningún número grande.
En segundo lugar, cada fila, salvo la última, contiene a lo sumo dos números grandes. Para verlo, sea \(v\) un número grande cuyos dos hijos son \(x>y\). Entonces \[ v=x-y,\qquad y=x-v\le N-(N-n+1)=n-1. \] Por tanto, todo número grande tiene un hijo pequeño. La fila siguiente contiene exactamente un número pequeño, y un número dado puede ser hijo de a lo sumo dos números de la fila superior. Esto demuestra la cota.
Por último, dividamos la última fila en sus \(1009\) pares consecutivos disjuntos. Si ambos números de un par son grandes, su diferencia absoluta es a lo sumo \(n-1\); por tanto, el número situado inmediatamente encima de ese par es pequeño. Pares distintos dan números distintos en la fila superior, que contiene un solo número pequeño. Por tanto, a lo sumo un par contiene dos números grandes, y la última fila contiene a lo sumo \[ 1009+1=1010 \] números grandes.
Solo hay otras \(63\) filas entre las últimas \(64\) filas. El número total de números grandes es, por tanto, a lo sumo \[ 2\cdot63+1010=1136<2018, \] lo que contradice la existencia de los \(2018\) números grandes. Por tanto, el triángulo requerido no existe.
La solución se comprobó con las soluciones oficiales de la shortlist de la IMO.
IMO 2018 · 问题 3
一个反帕斯卡三角形是由一些数排成的等边三角形数阵,其中每个不在最后一行的数都恰好等于排在它下面的两个数的差的绝对值.例如,下面的数阵是一个反帕斯卡三角形,它共有四行,并且恰含有\(1\)至\(10\)中的每个整数.
\[ \begin{array}{ccccccc} &&&4&&&\\ &&2&&6&&\\ &5&&7&&1&\\ 8&&3&&10&&9 \end{array} \]
试问:是否存在一个共有\(2018\)行的反帕斯卡三角形,恰含有\(1\)至\(1+2+\cdots+2018\)中的每个整数?
题目为官方中文译本。 官方试卷 (PDF)
答案
不存在。
解答
令\(n=2018\),\(N=n(n+1)/2\)。假设存在这样的三角形。它恰有\(N\)个数,因此其中的数恰为\(1,2,\ldots,N\),每个数各出现一次。
从上到下给各行编号。用\(m_r\)和\(M_r\)分别表示第\(r\)行中的最小数和最大数。第\(r-1\)行中的每个数都是第\(r\)行中两个数的差的绝对值,因此 \[ M_{r-1}\le M_r-m_r \qquad (2\le r\le n). \] 由于\(M_1=m_1\),求和得 \[ m_1+m_2+\cdots+m_n\le M_n\le N. \] 但各行的最小数是\(n\)个互不相同的正整数,所以 \[ m_1+m_2+\cdots+m_n\ge 1+2+\cdots+n=N. \] 因此等号成立,各行的最小数按某种顺序恰为\(1,2,\ldots,n\)。由于每个数只出现一次,每行恰有一个不大于\(n\)的数。称这些数为小数。
若一个数属于 \[ \{N-n+1,N-n+2,\ldots,N\} \] 则称它为大数。大数恰有\(n=2018\)个。我们将给出这个三角形所能包含的大数个数的上界。
首先,所有大数都位于最下面的\(64\)行。事实上,反复应用各行最大数满足的不等式,可得 \[ M_r\le M_n-\sum_{j=r+1}^{n}m_j \le N-\sum_{j=r+1}^{n}m_j. \] 若第\(r\)行下面至少还有\(64\)行,则这些行的最小数是互不相同的正整数,其和至少为 \[ 1+2+\cdots+64=2080>2018=n. \] 于是\(M_r<N-n\),所以第\(r\)行不含大数。
其次,除最下面一行外,每行至多含有两个大数。为说明这一点,设大数\(v\)正下方相邻的两个数为\(x>y\)。则 \[ v=x-y,\qquad y=x-v\le N-(N-n+1)=n-1. \] 因此,每个大数正下方都有一个小数。下一行恰有一个小数,而一个给定的数至多位于上一行中两个数的正下方。这就证明了上述上界。
最后,将最下面一行分成\(1009\)对相邻且互不重叠的数。若某一对中的两个数都是大数,则它们的差的绝对值至多为\(n-1\);因此,这一对正上方的数是小数。不同的数对对应上一行中不同的数,而上一行只有一个小数。因此,至多有一对中的两个数都是大数,最下面一行至多含有 \[ 1009+1=1010 \] 个大数。
最下面的\(64\)行中,除此之外只有\(63\)行。因此,大数的总个数至多为 \[ 2\cdot63+1010=1136<2018, \] 这与全部\(2018\)个大数都出现矛盾。因此,所求的三角形不存在。
解答已与 IMO 官方预选题(shortlist)解答核对。
IMO 2018 · Задача 3
Антипаскалевым треугольником назовём таблицу в виде равностороннего треугольника, заполненную числами так, что каждое число, кроме чисел, стоящих в нижней строке, равно модулю разности двух чисел, стоящих непосредственно под ним. Ниже приведён пример антипаскалева треугольника с четырьмя строками, в котором встречаются все целые числа от \(1\) до \(10\).
\[ \begin{array}{ccccccc} &&&4&&&\\ &&2&&6&&\\ &5&&7&&1&\\ 8&&3&&10&&9 \end{array} \]
Существует ли антипаскалев треугольник с \(2018\) строками, в котором встречаются все целые числа от \(1\) до \(1+2+\ldots+2018\)?
Официальный русский текст задачи. Официальный текст задач (PDF)
Ответ
Нет.
Решение
Положим \(n=2018\) и \(N=n(n+1)/2\). Предположим, что такой треугольник существует. В нём ровно \(N\) чисел, поэтому это в точности числа \(1,2,\ldots,N\), каждое из которых встречается один раз.
Пронумеруем строки сверху вниз. Обозначим через \(m_r\) и \(M_r\) наименьшее и наибольшее числа в строке \(r\). Каждое число в строке \(r-1\) равно модулю разности двух чисел в строке \(r\), поэтому \[ M_{r-1}\le M_r-m_r \qquad (2\le r\le n). \] Поскольку \(M_1=m_1\), суммирование даёт \[ m_1+m_2+\cdots+m_n\le M_n\le N. \] Но минимумы строк — это \(n\) различных целых положительных чисел, поэтому \[ m_1+m_2+\cdots+m_n\ge 1+2+\cdots+n=N. \] Таким образом, достигается равенство, и минимумы строк — это в точности числа \(1,2,\ldots,n\) в некотором порядке. Поскольку каждое число встречается лишь один раз, каждая строка содержит ровно одно число, не превосходящее \(n\). Назовём эти числа малыми.
Назовём число большим, если оно принадлежит множеству \[ \{N-n+1,N-n+2,\ldots,N\}. \] Больших чисел ровно \(n=2018\). Оценим, сколько их может содержать треугольник.
Во-первых, все большие числа находятся в нижних \(64\) строках. Действительно, последовательно применяя неравенство для максимумов строк, получаем \[ M_r\le M_n-\sum_{j=r+1}^{n}m_j \le N-\sum_{j=r+1}^{n}m_j. \] Если ниже строки \(r\) находится хотя бы \(64\) строки, то сумма их различных положительных минимумов не меньше \[ 1+2+\cdots+64=2080>2018=n. \] Следовательно, \(M_r<N-n\), так что строка \(r\) не содержит больших чисел.
Во-вторых, каждая строка, кроме нижней, содержит не более двух больших чисел. Чтобы это увидеть, рассмотрим большое число \(v\), непосредственно под которым стоят числа \(x>y\). Тогда \[ v=x-y,\qquad y=x-v\le N-(N-n+1)=n-1. \] Таким образом, непосредственно под каждым большим числом стоит малое число. Следующая строка содержит ровно одно малое число, а каждое число может стоять непосредственно под не более чем двумя числами предыдущей строки. Это доказывает оценку.
Наконец, разобьём нижнюю строку на \(1009\) непересекающихся пар соседних чисел. Если оба числа в паре большие, то модуль их разности не превосходит \(n-1\); следовательно, число непосредственно над этой парой малое. Разным парам соответствуют разные числа в предыдущей строке, которая содержит лишь одно малое число. Поэтому не более одной пары содержит два больших числа, и в нижней строке не более \[ 1009+1=1010 \] больших чисел.
Среди нижних \(64\) строк есть лишь \(63\) другая строка. Поэтому общее количество больших чисел не превосходит \[ 2\cdot63+1010=1136<2018, \] что противоречит наличию всех \(2018\) больших чисел. Следовательно, искомого треугольника не существует.
Решение проверено по официальным решениям шортлиста IMO.
IMO 2018 · المسألة 3
نعرف مثلث باسكال العكسي بأنه صفيف من الأعداد على هيئة مثلث متساوي الأضلاع بحيث كل عدد يساوي الفرق الموجب للعددين اللذين يقعان تحته مباشرة ماعدا، الصف الأخير. المثال أدناه هو مثلث باسكال عكسي بأربعة صفوف و يحوي الأعداد من \(1\) إلى \(10\)
\[ \begin{array}{ccccccc} &&&4&&&\\ &&2&&6&&\\ &5&&7&&1&\\ 8&&3&&10&&9 \end{array} \]
هل من الممكن إيجاد مثلث باسكال عكسي يحوي \(2018\) من الصفوف بحيث توجد فيه جميع الأعداد من \(1\) إلى \(1+2+\ldots+2018\)؟
نص المسألة هو الترجمة العربية الرسمية. ورقة المسائل الرسمية (PDF)
الإجابة
لا.
الحل
لنضع \(n=2018\) و \(N=n(n+1)/2\). نفترض وجود مثلث كهذا. يحتوي هذا المثلث على \(N\) خانة بالضبط، ولذلك فإن أعداده هي بالضبط \(1,2,\ldots,N\)، ويظهر كل منها مرة واحدة.
نرقّم الصفوف من الأعلى إلى الأسفل. وليرمز \(m_r\) و \(M_r\) إلى أصغر عدد وأكبر عدد في الصف \(r\). كل عدد في الصف \(r-1\) هو القيمة المطلقة لفرق عددين في الصف \(r\)، ولذلك \[ M_{r-1}\le M_r-m_r \qquad (2\le r\le n). \] وبما أن \(M_1=m_1\)، فإن الجمع يعطي \[ m_1+m_2+\cdots+m_n\le M_n\le N. \] لكن أصغر الأعداد في الصفوف هي \(n\) عددًا صحيحًا موجبًا مختلفًا، ولذلك \[ m_1+m_2+\cdots+m_n\ge 1+2+\cdots+n=N. \] إذن تتحقق المساواة، وتكون أصغر الأعداد في الصفوف هي بالضبط \(1,2,\ldots,n\)، بترتيب ما. ولأن كل عدد يظهر مرة واحدة فقط، فإن كل صف يحتوي على عدد واحد بالضبط لا يتجاوز \(n\). نسمّي هذه الأعداد صغيرة.
نسمّي العدد كبيرًا إذا كان ينتمي إلى \[ \{N-n+1,N-n+2,\ldots,N\}. \] يوجد بالضبط \(n=2018\) عددًا كبيرًا. سنضع حدًا أعلى لعدد الأعداد الكبيرة التي يمكن أن يحتوي عليها المثلث.
أولًا، تقع جميع الأعداد الكبيرة في الصفوف الـ \(64\) السفلية. بالفعل، بتكرار متباينة أكبر الأعداد في الصفوف نحصل على \[ M_r\le M_n-\sum_{j=r+1}^{n}m_j \le N-\sum_{j=r+1}^{n}m_j. \] إذا وُجد ما لا يقل عن \(64\) صفًا تحت الصف \(r\)، فإن أصغر أعدادها، وهي أعداد موجبة مختلفة، يكون مجموعها على الأقل \[ 1+2+\cdots+64=2080>2018=n. \] وعليه، \(M_r<N-n\)، فلا يحتوي الصف \(r\) على أي عدد كبير.
ثانيًا، يحتوي كل صف غير الصف السفلي على عددين كبيرين على الأكثر. ولرؤية ذلك، ليكن \(v\) عددًا كبيرًا، وليكن العددان الواقعان تحته مباشرة هما \(x>y\). عندئذ \[ v=x-y,\qquad y=x-v\le N-(N-n+1)=n-1. \] إذن يوجد تحت كل عدد كبير مباشرة عدد صغير. ويحتوي الصف التالي على عدد صغير واحد بالضبط، ولا يمكن لأي عدد أن يقع مباشرة تحت أكثر من عددين في الصف الذي يعلوه. وهذا يثبت الحد الأعلى.
أخيرًا، نقسّم الصف السفلي إلى \(1009\) أزواج متتالية متباينة فيما بينها. إذا كان عددا أحد الأزواج كبيرين، فإن القيمة المطلقة لفرقهما لا تتجاوز \(n-1\)؛ ومن ثم يكون العدد الواقع فوق ذلك الزوج مباشرة صغيرًا. تعطي الأزواج المختلفة أعدادًا مختلفة في الصف الذي يعلوها، والذي لا يحتوي إلا على عدد صغير واحد. لذلك يوجد زوج واحد على الأكثر يحتوي على عددين كبيرين، ويحتوي الصف السفلي على ما لا يزيد عن \[ 1009+1=1010 \] عددًا كبيرًا.
لا يوجد سوى \(63\) صفًا آخر ضمن الصفوف الـ \(64\) السفلية. ولذلك لا يزيد العدد الكلي للأعداد الكبيرة عن \[ 2\cdot63+1010=1136<2018, \] وهذا يناقض وجود جميع الأعداد الكبيرة الـ \(2018\). ومن ثم لا يوجد المثلث المطلوب.
تمت مراجعة الحل بمقارنته بالحلول الرسمية لقائمة IMO المختصرة.