Feladat: A.248 Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Babos Attila ,  Csikvári Péter ,  Csóka Endre ,  Gerencsér Balázs ,  Harangi Viktor ,  Jankó András ,  Kovács Erika Renáta ,  Kunszenti-Kovács Dávid ,  Nagy 139 Gergely ,  Rácz Béla András ,  Szalay Zsófia ,  Vajda Péter ,  Varjú Péter ,  Vígh Viktor ,  Vörös László 
Füzet: 2001/március, 167. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Részhalmazok, Nehéz feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2000/november: A.248

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

Jelöljük az n-elemű halmazt S-sel, elemei legyenek x1, ..., xn.
Könnyen ellenőrizhető, hogy megfelelő az a két felbontás, amikor az összes részhalmaz H-ba, illetve I-be kerül, azaz H és I valamelyike üres. Nevezzük ezeket triviális felbontásoknak. A továbbiakban pontosan leírjuk, mik azok a nemtriviális felbontások, amelyekben sem H, sem I nem üres.
Először megmutatjuk, hogy egy nem triviális felbontásban H és SI. Legyen ugyanis hH és iI két tetszőleges halmaz; ekkor =hH és S=SiI az a), b) és c) tulajdonságok miatt.
Tegyük fel, hogy n1, és tekintsük most az {x1}, ..., {xn} egyelemű részhalmazokat. Azt állítjuk, hogy ezek közül pontosan egy tartozik I-be. Ha mindegyik egyelemű halmaz H-ba tartozna, akkor a c) tulajdonság miatt az ({x1}{x2})...{xn}=S halmaz is H-ban lenne, ami ellentmondás. Az egyelemű részhalmazok között tehát van olyan, ami I-be tartozik. Ha az egyelemű halmazok közül legalább kettő tartozna I-be, akkor az a) tulajdonság miatt ezek metszete, is I-beli lenne, ami szintén ellentmondás.
Legyen {xj} az az egyelemű halmaz, amely I-be tartozik. Az a) és b) tulajdonságok alapján megállapíthatjuk, hogy minden olyan r részhalmaz, amelynek xj eleme, I-be tartozik; ugyanis r=r{xj}.
Megfordítva, ha egy r részhalmaznak xj nem eleme, akkor rI nem lehetséges, ugyanis rI esetén az a) tulajdonság alapján r{xj}= is I-beli lenne. Azt kaptuk tehát, hogy egy r halmaz akkor és csak akkor tartozik I-be, ha xjr. A nemtriviális felbontások száma tehát a lehetséges xj-k száma, azaz n.
Az n=0, azaz S= esetben a két triviális felbontás ugyanaz: I=H= és más felbontás nincs; az összes felbontások száma tehát 1. Ha n=1, akkor a két triviális felbontás különböző, és más felbontás nincs, így a felbontások száma 2. Ha n>1, akkor a két triviális felbontás különböző, az összes felbontások száma n+2.