2018 AIME II 第 10 题
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10.
求从 映到 的函数 的个数,使得对 中所有 都有 。
Find the number of functions from to that satisfy for all in
小提示:
这个条件说明 的每个值都是 的不动点。按元素需要经过多少次 才到达不动点来分类
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.
大提示:
若有 个不动点,又有 个其他元素直接映到这些不动点,则剩下的 个元素必须映到这 个元素;用二项式系数按情况计数
With fixed points and further elements mapping straight to them, the remaining elements must map to those count each case with binomial coefficients
解答:
对 反复应用 可知,该条件等价于对每个 , 都是 的不动点。因此元素分层排列:先是一个非空的 个不动点集合,然后是 个映到不动点、但本身不是不动点的元素,剩下的 个元素每个都必须映到这 个中间层元素之一。
对给定的 与 有 种方式选不动点, 种方式选中间层, 种方式把中间层映到不动点,剩余元素有 种映法。把 对所有有效的 、 求和,再加上 的恒等函数情形,得到
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
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