Feladat: Pontversenyen kívüli P.359 Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Megyesi Gábor ,  Törőcsik Jenő 
Füzet: 1983/január, 20 - 21. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Egyéb szinezési problémák, Pontversenyen kívüli probléma
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1982/március: Pontversenyen kívüli P.359

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Megoldás. Azt a kicsit erősebb állítást fogjuk belátni, hogy a felhasznált színek száma vagy 1 vagy legalább 12. Feltesszük hogy legalább két és legfeljebb 11 színt használtunk, és ebből ellentmondásra fogunk jutni.
Legyen Q1, a 101 pont egyike. Ha legföljebb 11 színt használtunk, akkor a Q1 pontot a többi 100 ponttal összekötő 100 szakasz között van legalább 10 azonos színű, hiszen 119=99<100. Legyenek tehát a Q1Q2, Q1Q3, ..., Q1Q11 szakaszok azonos színűek, mondjuk pirosak. Ha 2ij11, akkor a Q1QiQj háromszög két oldala (Q1Qi és Q1Qj) piros, a feladat feltétele szerint tehát a harmadik oldal, QiQj is piros. Azt kaptuk tehát, hogy a Q1, Q2, ..., Q11 pontokat összekötő összes szakasz piros.
Bővítsük most a Q1, Q2, ..., Q11 ponthalmazt, ameddig lehet, úgy, hogy megtartsa ezt a tulajdonságát. Tekintsük tehát a 101 pontnak azt a legnagyobb "egyszínű piros" {Q1,Q2,...,Ql} részhalmazát, amelynek bármely két pontját piros szakasz köti össze. Ennek a halmaznak, mint láttuk, legalább 11 pontja van, azaz l11. Másrészt l<101, mert ha ebben a halmazban mind a 101 pont szerepelne, akkor a színezéshez csak 1 színt (pirosat) használtunk volna, amit kizártunk. Van tehát a 101 pont között olyan R pont, ami nincs benne ebben a halmazban. Belátjuk, hogy R-et a Q1, Q2, ..., Ql pontokkal összekötő szakaszok mind különbözők és egyikük sem piros.
R-et semelyik Qj-vel nem köti össze piros él. Ha ugyanis pl. az RQ1 szakasz piros volna, akkor 2jl-re az RQ1Qj háromszög két oldala (RQ1 és Q1Qj) piros volna, így a harmadik oldal, RQj is piros volna a feltétel szerint. Vagyis ha RQ1 piros volna, akkor az összes RQj piros volna, tehát az R-rel bővített {R,Q1,...,Ql} halmaz bármely két pontját piros szakasz köti össze. Ez azonban ellentmond annak, hogy a {Q1,...,Ql} halmaz maximális volt.
R-ből semelyik Qj-be, nem megy tehát piros él. De R-ből nem indulhat két Q pontba azonos színű él. Ha ugyanis pl. RQ1 és RQ2 színe ugyanaz a pirostól különböző szín volna, akkor a feltétel szerint az RQ1Q2 háromszög harmadik oldala, Q1Q2 is ilyen színű volna, márpedig erről tudjuk, hogy piros.
Azt kaptuk tehát, hogy az R pontot a Q1, ..., Ql pontokkal összekötő szakaszok mind különböző színűek és egyik sem piros. A színezésben tehát legalább l+1 színt használtunk.
Láttuk, hogy l11, azaz a színezéshez legalább 12 színt használtunk, holott feltevésünk az volt, hogy legföljebb 11 színt használjunk. Ez az ellentmondás bizonyítja állításunkat.

 

Megjegyzés. Ugyanezzel a gondolatmenettel azt kapjuk, hogy ha (l-1)2+1 pontot összekötő szakaszokat színezzük a feladat feltételének megfelelően, ehhez vagy 1 szín vagy legalább l+1 szín kell. Nem ismeretes, hogy milyen l számokra pontos ez az eredmény.