Feladat: 2007. évi Nemzetközi Matematika Diákolimpia 13. feladata Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Gyenizse Gergõ 
Füzet: 2007/október, 388. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Logikai feladatok, Nemzetközi Matematikai Diákolimpia
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2007/szeptember: 2007. évi Nemzetközi Matematika Diákolimpia 13. feladata

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

Gyenizse Gergő megoldása. (1) Tekintsük a barátsági kapcsolatokat megjelenítő G gráf pontjainak egy olyan felosztását egymástól diszjunkt A és B halmazokra, amelyre az A-ban található maximális méretű klikk legalább akkora, mint a B-ben található, és a két méret különbsége a lehető legkisebb. Ha e különbség pozitív, akkor megmutatjuk, hogy az értéke 1. Ellenkező esetben az A pontjait egyesével rakjuk át B-be; egy pont áthelyezésével az A-beli maximális méretű klikk mérete legfeljebb 1-gyel csökken, a B-belié legfeljebb 1-gyel nő, így a különbség legfeljebb 2-vel csökken.
(2) Ha a feladat állítása hamis, akkor tehát az A-beli maximális méretű klikk mérete a, a B-belié pedig a-1. A G-ben nincs 2a-klikk, hiszen akkor abból vagy A-ba esne (a+1)-klikk, vagy B-be egy a-klikk. A feladat feltétele szerint ekkor viszont (2a-1)-klikk sem létezhet G-ben.
(3) Ha A-nak valamely x pontja nem tartozik hozzá egy A-beli a-klikkhez, akkor nincs olyan B-be eső (a-1)-klikk, amelynek minden pontja össze van kötve x-szel: ellenkező esetben ugyanis ezt az x pontot B-be áthelyezve az A-beli maximális klikkméret továbbra is a, a B-belié pedig szintén a-ra nőne.
(4) Megmutatjuk, hogy A-ban csupán egyetlen a-klikk található. Tegyük fel ugyanis, hogy van kettő; az egyiket jelölje C, és tegyük át A-nak a C-hez nem tartozó pontjait egyesével B-be. Ennek során B-ben ((3) szerint) nem keletkezhet (a-1)-nél nagyobb méretű klikk. Legyen p az a pontja A-nak, amelynek átrakása előtt még két a-klikk is található A-ban, utána viszont már csak egy, C. Jelölje továbbá q a C-nek egy olyan pontját, amely nincs összekötve p-vel. (Biztosan van ilyen pont, különben p a C-vel (a+1)-klikket alkotna.) Tegyük vissza a p után áthelyezett pontokat A-ba, a q pontot pedig rakjuk B-be. Azt állítjuk, hogy ekkor viszont A-ban és B-ben egyaránt a-1 a maximális klikkméret (ami ellentmondás). Valóban, q-val együtt csak C volt a-klikk az A-ban, ami q eltávolításával megszűnik. A (3) szerint q átkerülése előtt B-ben nem keletkezhet a-klikk, tehát csak úgy jöhetne végül létre, hogy q össze van kötve egy eredetileg is B-be tartozó (a-1)-klikk valamennyi pontjával. Ekkor viszont a következőképpen módosíthatunk: az eredeti A-ból csupán q kerüljön át B-be, ezzel ott létrejön egy a-klikk; A-ban viszont megmarad az a C-től különböző a-klikk, amely korábban p áttételével szűnt csak meg, ezért szükségképpen tartalmazza p-t. Így azonban nem tartalmazza q-t, hiszen p és q nincs összekötve. Ebben az elrendezésben tehát A és B maximális klikkmérete egyaránt a, ami ellentmondás.
(5) Jelölje a (4) szerint egyetlen A-beli a-klikket C, és helyezzük át az A összes, C-n kívüli pontját B-be; ennek során B maximális klikkmérete változatlanul a-1 marad. Ha viszont ezután C=A bármelyik y pontját B-be helyezzük, akkor A maximális klikkmérete (a-1)-re csökken, ezért ‐ eredeti indirekt feltevésünk értelmében ‐ B-ben a-klikk jön létre, méghozzá (4) szerint pontosan egy, jelöljük D-vel. A D-nek létezik olyan z pontja, ami az A-ból megmaradt (a-1)-klikk valamelyik pontjával nincs összekötve, hiszen ellenkező esetben a két halmaz (2a-1)-klikket alkotna G-ben, ellentmondva (2)-nek. Így azonban a z pontot az A-ba téve, ott továbbra is a-1 marad a maximális klikkméret, B-ben pedig (a-1)-re csökken, mivel D, az egyetlen a-klikk a z eltávolításával megszűnik. Ez ellentmond eredeti indirekt feltevésünknek.