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2021年法语国家数学奥林匹克初级组题3的解答

平面上的所有点都被染上了红色或者蓝色之一.证明以下结论至少有一个成立:

·        存在两个距离为1的红点;

·        存在四个蓝点B1,B2,B3,B4,满足对任意1i41j4,点Bi、Bj之间的距离为|i-j|.

分析与证明:结论2可以描述为存在共线的连续4点,其颜色为蓝色,连续的意思是间距为1.

反设结论不成立.则平面必然存在红点,否则结论2成立.

取一个红R1,以R1为圆心,半径为1作一个圆,则由于结论1不成立,圆上所有点为蓝点。取一个圆内接正六边形如图1所示。





以正六边形三组对边扩展为正三角形RST如图2所示。则RST三点中至少有两个红点,否则RTTSSR中至少有一条边上的4点为连续蓝点。不妨设TS为红点,R为蓝点。延长TRSR各一个单位到NM(如图2,MN不能为蓝点,否则存在连续4个蓝点,也不能都为红点,否则MN之间距离为1,存在两个距离为1的红点。故RST三点都为红点。

由于一开始所作的圆上都为蓝点,任意旋转正六边形一个角度α,则产生一个正三角形RST’,α的任意性知道RST的外接圆上的点都为红色,这个外接圆上当然存在距离为1的点,故反设不成立。两个结论中必有一个成立,得证!

                  感谢久霖竞赛田的龙崎钢老师对本题的翻译工作!

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