2025 AIME II 第 11 题
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11.
令 为正 边形的顶点集合。求画出 条等长线段的方法数,使得 中每个顶点都恰好是这 条线段之一的端点。
Let be the set of vertices of a regular -gon. Find the number of ways to draw segments of equal lengths so that each vertex in is an endpoint of exactly one of the segments.
小提示:
等长意味着每条线段都沿圆周跨过相同数量 个顶点,其中
Equal lengths means every segment steps the same number of vertices around the circle, for some
大提示:
对于步长 ,这些弦形成 个长度为 的环;一个偶长度环恰有 个完美匹配
For step the chords form cycles of length an even cycle has exactly perfect matchings
解答:
圆上等间距点形成的两条弦等长,当且仅当它们跨过相同数量的顶点,所以所有 条线段都连接相距 个顶点的一对顶点,其中共同的步长为 。固定 在 个顶点上连接每个 与 :我们需要这个图中的一个完美匹配。若 ,该图是 个长度为 的环的不交并;若 ,它是 条互不相交的直径。
一个偶长度环恰有 个完美匹配(交替取边),奇长度环没有。因此每个 且环长为偶数的情形贡献 : 各给 ; 各给 ; 各给 ; 给 ; 给 。对于 ,环长为奇数 ,贡献 。对于 ,匹配被迫确定: 种。
总数为 。
Two chords of a circle through equally spaced points have equal length exactly when they skip the same number of vertices, so all segments join pairs of vertices exactly apart for one common For fixed form the graph on the vertices joining each to we need a perfect matching in this graph. For the graph is a disjoint union of cycles of length while for it is disjoint diameters.
A cycle of even length has exactly perfect matchings (alternate edges), and a cycle of odd length has none. So each with even cycle length contributes give each; give each; give each; gives gives For the cycles have odd length giving For the matching is forced: way.
The total is
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