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Suma de $n$ números enteros del conjunto de tamaño $2n-1$ divide $n$

Dado cualquier conjunto múltiple de enteros positivos de tamaño $2n-1$, es posible encontrar un multisubset de tamaño $n$ tal que $n$ divide la suma de los enteros en este multisubset?

Este problema ha estado circulando durante un tiempo en mi grupo de amigos y ninguno de nosotros ha sido capaz de resolverlo.

Alguien en el amigo grupo ha afirmado que hay una solución mediante el Chevalley–Advertencia teorema, pero en realidad no ha hecho nos muestra una solución de este tipo.

Un conjunto múltiple es un conjunto que puede contener un número más de una vez.

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tristan Puntos 256

La respuesta es sí. Lo demostramos al $n$ es un número primo utilizando el Chevalley-Advertencia teorema, entonces podemos generalizar para cualquier número entero $n$.

Deje $p$ ser un número primo. Dado $2p-1$ enteros $a_1,\dotsc,a_{2p-1}$, existe un subconjunto $I \subset \{1,\dotsc,2p-1\}$ contiene $p$ elementos que $\sum_{i\in I} a_i =0 \pmod p$.

Recordar el Chevalley-teorema de Advertencia : deje $p$ ser un número primo, $q$ ser una potencia de $p$, $\mathbb{F}_q$ ser el campo finito con $q$ elementos, y $(P_\alpha)_{\alpha\in A}$ ser una familia de elementos de $\mathbb{F}_q[X_1,\dots,X_m]$ tal que $\sum_{\alpha\in A} \deg{P_\alpha}<m$, y deje $V=\{x \in \mathbb{F}_q^m \mid P_\alpha(x)=0 \quad \forall \alpha \in A\}$. A continuación,$\operatorname{Card}{V}=0 \pmod{p}$.

Ahora nos fijamos $q=p$, y

$$ \begin{align} P_1(X_1,\dotsc,X_{2p-1})&=\sum_{i=1}^{2p-1}X_i^{p-1}, \\ P_2(X_1,\dotsc,X_{2p-1})&=\sum_{i=1}^{2p-1}a_iX_i^{p-1}. \end{align} $$

Nuestra familia $(P_1,P_2)$ de polinomios cumple el requisito de que el teorema desde $\deg{P_1}+\deg{P_2}=2p-2<2p-1$. Por lo $p$ divide el cardenal de $V$, pero desde $V$ contiene la solución trivial $(0,\dotsc,0)$, existe otra (no trivial) solución de $(x_1,\dots,x_{2p-1}) \in (\mathbb{F}_p)^{2p-1}$.

Deje $I=\{1\leq i \leq 2p-1 \mid x_i \neq 0\}$. Desde

$$ x_i^{p-1}=\begin{cases} 1 &\text{if %#%#%} \\ 0 &\text{if %#%#%} \end{casos}, $$

tenemos

$x_i\neq 0$$

donde $x_i =0$ es para ser entendido como la suma de $$0=P_1(x_1,\dotsc,x_{2p-1})=(\operatorname{Card}{I})\mathbb{1}_{\mathbb{F}_p},$ copias de la unidad de elemento de $(\operatorname{Card}{I})\mathbb{1}_{\mathbb{F}_p}$. Por lo $\operatorname{Card}{I}$, por lo tanto $\mathbb{F}_p$ es igual a $\operatorname{Card}{I}=0 \pmod p$ o $\operatorname{Card}{I}$. Pero $0$ es no vacío, por lo $p$.

También tenemos

$$0=P_2(x_1,\dotsc,x_{2p-1})=\left(\sum_{i\in I} a_i\right)\mathbb{1}_{\mathbb{F}_p}, $$

por lo $I$ y el resultado de la siguiente manera.

Deje $\operatorname{Card}{I}=p$ ser cualquier número entero positivo. Dado $\sum_{i\in I} a_i=0 \pmod p$ enteros $n$, existe un subconjunto $2n-1$ contiene $a_1,\dotsc,a_{2n-1}$ elementos que $I \subset \{1,\dotsc,2n-1\}$.

Podemos demostrar esta propiedad $n$ por inducción. Si $\sum_{i\in I} a_i =0 \pmod n$ es un número primo, el resultado se sigue de la primera parte de mi respuesta. Así, podemos asumir que el $\mathcal{P}(n)$ donde $n$ $n=uv$ son dos enteros positivos. También vamos a suponer que las proposiciones $u<n$ $v<n$ son verdaderas.

Ya tenemos $\mathcal{P}(u)$ enteros, podemos seleccionar $\mathcal{P}(v)$ de ellos, de modo que su suma es divisible por $2n-1>2u-1$ : vamos a $u$ ser de ese subconjunto, y considerar el resto de $u$ enteros :

$$(a_i)_{i \in \{1,\dotsc,2n-1\}\setminus I_1}. $$

Luego repetimos el proceso de selección de $I_1$ de los mismos, etc. Podemos hacerlo exactamente $2n-u-1$ a veces, después de lo que sólo hay $u$ enteros a la izquierda, y podemos tirar los.

Ahora vamos a $2v-1$. Escribimos $2n-1-(2v-1)u=u-1$ donde $S_1=\sum_{i\in I_1} a_i, \dotsc, S_{2v-1}=\sum_{i \in I_{2v-1}} a_i$ son enteros. A partir de la secuencia $S_j=uS_j'$, se puede aplicar la proposición de nuevo : no existe $S_j'$ tal que

$$ \sum_{j\J} S_j' = 0 \pmod v. $$

Dejando $(S_1',\dots,S_{2v-1}')$ hemos

$$ \sum_{i\in I} a_i = 0 \pmod n, $$

que es lo que queríamos desde $J\subset \{1,\dots,2v-1\}$.

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