Cho một bảng ô vuông ( là số nguyên dương), các ô của bảng được đánh tọa độ theo cột và hàng: ô nằm trên cột thứ từ trái qua phải và trên hàng thứ từ dưới lên trên. Người ta muốn đặt viên bi vào các ô của bảng, mỗi ô có không quá một viên, thỏa mãn đồng thời hai điều kiện sau:
- Mỗi hàng và mỗi cột đều có ít nhất một viên bi;
- Mỗi viên bi nằm cùng hàng hoặc cùng cột với ít nhất một viên bi khác.
a) Xét . Có bao nhiêu cách đặt 4 viên bi vào bảng thỏa mãn các điều kiện trên? (Hai cách đặt bi được coi là khác nhau nếu có một ô có bi trong một cách đặt nhưng không có bi trong cách còn lại.)
b) Xét tổng quát. Xác định số tự nhiên lớn nhất sao cho với mọi cách đánh dấu ô phân biệt trên bảng, luôn tồn tại một cách đặt viên bi thỏa mãn các điều kiện trên mà không có viên bi nào đặt ở một trong ô đã được đánh dấu.

Đáp án chính thức: Tự luận
Hướng dẫn giải chi tiết
LỜI GIẢI.

a) Trước hết, do trong 4 viên bi sẽ luôn có ít nhất hai viên bi nằm cùng một hàng hoặc cùng một cột, giả sử là và . Không mất tính tổng quát giả sử cùng hàng nếu cùng cột thì ta có thể xoay bảng ô vuông một góc . Khi đó trong 9 ô còn lại sẽ có đúng hai ô không nằm cùng hàng hoặc cùng cột với và , giả sử là và (Lưu ý và sẽ nằm cùng cột do và cùng hàng).

Hình từ đề gốc

Điều này dẫn tới tồn tại ít nhất một viên bi nằm trong hai ô và này, giả sử là . Gọi viên bi cuối cùng chưa được điền là , khi đó do không nằm cùng hàng với và nên phải nằm trên hàng còn lại. Cuối cùng, do không nằm cùng hàng với và nên phải nằm phải nằm cùng hàng hoặc cùng cột với . Chú ý, không nằm cùng hàng với nên phải cùng cột. Từ đó suy ra hay với cùng hàng hoặc cùng cột được xác định trước thì xác định duy nhất.

Từ đó, ta quy bài toán về việc đếm số cặp ô nằm cùng hàng hoặc cùng cột. Ta có 3 hàng, 3 cột và với mỗi hàng hoặc mỗi cột có cách chọn hai ô bất kì. Vậy số cặp ô nằm cùng hàng hoặc cùng cột trên bảng là . Chú ý, do vai trò của bộ và là như nhau nên đáp số của bài toán là 9.

b) (Dựa trên lời giải của Nguyễn Nguyễn) Ta sẽ chứng minh đáp số của bài toán là . Với , ta đánh dấu tất cả các ô ở hàng đầu tiên, khi đó sẽ không có cách nào đặt được viên bi thỏa mãn yêu cầu (do hàng một không có bất kì ô nào).

Với , ta chia bảng thành các thành khối . Ta phân khối này vào tập hợp sao cho mỗi tập hợp có khối và hai khối bất kỳ trong cùng một tập hợp khác hàng và khác cột của nhau. (Hình dưới đây minh họa cho , theo đường chéo)

Hình từ đề gốc

Do nên theo nguyên lý Dirichlet sẽ có một tập hợp trong tập hợp này chỉ chứa tối đa 2 ô vuông được đánh dấu. Xét khối có kích thước trong tập hợp này, ta có thể đặt vào mỗi khối 4 viên bi sao cho

- Trong khối sẽ có có tối đa hai ô được đánh dấu và những viên bi sẽ không được đặt vào những ô này.
- Mỗi hàng và mỗi cột sẽ chứa ít nhất 1 viên bi.
- Mỗi viên bi nằm cùng hàng hoặc cùng cột với ít nhất một viên bi khác.

Đây chính là bài toán trong trường hợp . Ta có thể dễ dàng giải quyết bài toán này dựa trên các cách điền thỏa mãn ở câu a) nên có được điều phải chứng minh.
Câu hỏi này trích từ đề thi chính thức:

Kỳ Thi Chọn Học Sinh Giỏi Quốc Gia Toán 2024-2025 - Ngày Thi Thứ Hai 26/12/2024 - Đề Số 2

3 câu hỏi•Thời gian 180 phút•Chấm điểm & giải thích chi tiết

Các câu hỏi khác trong đề (3 câu)

Xem toàn bộ đề →
Luyện nhanh tại chỗ • Chọn đáp án để kiểm tra ngay

Thử sức thêm các câu hỏi trắc nghiệm cùng môn

Câu luyện thêm 1Trích từ: Đề Giữa Học Kỳ 1 Toán 12 Sở GD&ĐT Bắc Ninh THPT Tân Yên Số 1 2025-2026 - Đề Số 1
Đường cong hình bên là đồ thị của một trong bốn hàm số dưới đây. Hàm số đó là hàm số nào?
Hình minh họa
Xem trang câu hỏi →
Câu luyện thêm 2Trích từ: Đề Giữa Học Kỳ 1 Toán 12 Sở GD&ĐT Bắc Ninh THPT Tân Yên Số 1 2025-2026 - Đề Số 1
Cho hàm số xác định, liên tục trên và có bảng biến thiên như sau:
Hình từ đề gốc
Điểm cực đại của hàm số là
Xem trang câu hỏi →
Câu luyện thêm 3Trích từ: Đề Giữa Học Kỳ 1 Toán 12 Sở GD&ĐT Bắc Ninh THPT Tân Yên Số 1 2025-2026 - Đề Số 1
Một chiếc buýt có sức chứa tối đa 50 hành khách. Nếu một chuyến xe buýt chở hành khách thì giá tiền cho mỗi hành khách là (nghìn đồng). Hỏi để thu được số tiền nhiều nhất thì một chuyến xe buýt cần chở bao nhiêu khách?
Xem trang câu hỏi →
Câu luyện thêm 4Trích từ: Đề Giữa Học Kỳ 1 Toán 12 Sở GD&ĐT Bắc Ninh THPT Tân Yên Số 1 2025-2026 - Đề Số 1
Cho hàm số có bảng biến thiên như sau:
Hình từ đề gốc
Hỏi hàm số đã đồng biến trên khoảng nào?
Xem trang câu hỏi →
Câu luyện thêm 5Trích từ: Đề Giữa Học Kỳ 1 Toán 12 Sở GD&ĐT Bắc Ninh THPT Tân Yên Số 1 2025-2026 - Đề Số 1
Cho tứ diện , gọi lần lượt là trung điểm của và . Đẳng thức nào sai?
Xem trang câu hỏi →
Câu luyện thêm 6Trích từ: Đề Giữa Học Kỳ 1 Toán 12 Sở GD&ĐT Bắc Ninh THPT Tân Yên Số 1 2025-2026 - Đề Số 1
Đường cong trong hình sau là đồ thị của hàm số nào?
Hình từ đề gốc
Xem trang câu hỏi →

Muốn biết hiện tại bạn đạt khoảng bao nhiêu điểm ở môn này? Làm thử đề nhanh 15 phút để hệ thống chấm điểm ngay.

Làm đề nhanh 15 phút ngay