易混 2008 年安徽预赛 第 10 题 · P010442
先按真实的关联关系写出乘积和,再把它放进一个更容易优化的表达式。扩大到更多非负乘积,或用平方和分离变量,都会引入额外的取等要求;上界之后必须给原结构中的同时取等构造。
前题固定红色拐角形成行列白格数的加权乘积,再逐行列分离并构造规则染色;后题偶环的每条边都跨奇偶两组,可扩大到两组总量乘积,用稀疏相邻支撑实现取等。
红白方格有序直角组计数最大值
用红、白两种颜色对一个 的方格表中的每一个单位小方格染色, 每个单位小方格只染一种颜色。在染色后的方格表中,考虑由三个单位小方格组成的有序方格组 。设 为同时满足下列条件的有序方格组个数:
在同一行, 在同一列;
为白色, 为红色。
求 的最大值。
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
双计数可先固定唯一的红色拐角。分离乘积用 ;三次式 可看成 ,以三元均值不等式求上界。
想法从哪来:有序直角组的三个位置作用不同,先固定作为拐角的红格,另外两个白格选择便相互独立,只由该行和该列白格数决定。这样三格计数变成对红格的行列数量乘积求和,既不会把同一个组重复归给不同拐角,也自然保留有序性。 每一项的行列数量耦合难以直接优化,用两数乘积不超过平方和的一半将它们分离。按行求和时,行白格数的平方重复次数就是该行红格数,得到一个单变量三次式;列同理。这个式子的最优值给出理想行列白格比例,最后再设计周期染色,让所有行列都同时达到该比例,并使每个红格处行列白格数相等。
固定作为拐角的红格 ,可选的 数量分别只由该行、该列的白格数决定, 从而把总数写成对红格的加权和。用 将行列变量分离, 再逐行、逐列优化三次式;最后构造每行每列白格数都达到等号条件的染色。
设第 行有 个白格,第 列有 个白格,并记
固定红格 作为 后, 有 种选择, 有 种选择,故
由 ,
对任意 ,由均值不等式
所以
且等号在 时成立。代入式(1),得到
下面说明上界可以达到。把 方格表分成 个 小方格表,每个 小方格表按下图染色:
此时整个大方格表的每一行、每一列都恰有 个红格和 个白格。 红格总数为 ,每个红格对 的贡献为 ,于是
结合式(2),所求最大值为
对每个红格的计数是 ,不会把提前选定的红格误算为白格。 两个不等式的等号条件分别要求相应红格处 ,以及所有行列白格数为 ; 所给周期染色同时满足这些条件,因此上界确实达到。
“同行选一个、同列选一个”的结构应先固定交点格,转为行列度数乘积之和。 用平方和分离行列后,每个变量只出现在 中; 先求统一上界,再设计行列都正则的周期构造,是这类极值染色计数的通用路线。
须把L形组按红色中心计成行列白格数乘积,再转成单变量三次界并构造每行列白格数都66的染色。
易混 2008 年安徽预赛 第 10 题 · P010442
先按真实的关联关系写出乘积和,再把它放进一个更容易优化的表达式。扩大到更多非负乘积,或用平方和分离变量,都会引入额外的取等要求;上界之后必须给原结构中的同时取等构造。
前题固定红色拐角形成行列白格数的加权乘积,再逐行列分离并构造规则染色;后题偶环的每条边都跨奇偶两组,可扩大到两组总量乘积,用稀疏相邻支撑实现取等。
已记下,谢谢!