2018 AIME II Problem 10
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10.
Find the number of functions from to that satisfy for all in
Answer: 756
Small Hint:
The condition says every value of is a fixed point of Classify elements by how many applications of they need to reach a fixed point.
Big Hint:
With fixed points and further elements mapping straight to them, the remaining elements must map to those count each case with binomial coefficients
Solution:
Applying to repeatedly shows the condition means that is a fixed point of for every So the elements organize into levels: a nonempty set of fixed points, then elements whose image is a fixed point (but which are not fixed), and the remaining elements, each of which must map to one of the middle elements.
For given and there are choices of fixed points, choices of the middle level, maps from the middle level to the fixed points, and maps for the rest. Summing over the valid pairs (all plus the identity case ) gives
Problem 10 in Other Years
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