МОШ 2025, 9 класс, задача 4

Каждая клетка квадрата покрашена либо в белый, либо в чёрный цвет. Оказалось, что у каждой белой клетки ровно две соседних с ней по стороне клетки покрашены в белый цвет, а у каждой чёрной клетки ровно две соседних с ней по стороне клетки покрашены в чёрный цвет. Найдите максимальное возможное количество чёрных клеток.

(А. Заславский)

Войдите, чтобы проверять ответы

Ответ: клеток.

Решение 1. Пример. Приведём пример раскраски, в которой чёрных клеток. Разобьём квадрат на каёмок и покрасим их в чёрный и белый цвет так, что внешняя каёмка покрашена в чёрный цвет, а соседние каёмки покрашены в разные цвета. На рисунке приведён пример аналогичной раскраски для квадрата . Легко видеть, что эта раскраска удовлетворяет условиям задачи.

Пример раскраски каёмками

Посчитаем количество чёрных клеток. Внешняя чёрная каёмка состоит из клеток, следующая чёрная каёмка — из клеток, следующая — из клеток, , последняя — из клеток. Просуммировав арифметическую прогрессию, получаем чёрных клеток.

Оценка. Докажем, что в любой раскраске не более чёрных клеток. Рассмотрим произвольную раскраску, удовлетворяющую условию. Пусть в ней чёрных и белых клеток. Так как все клетки квадрата покрашены, то .

Назовём ребром общую сторону двух соседних по стороне клеток. В квадрате есть вертикальных рёбер и горизонтальных, всего — рёбер. Будем называть ребро чёрным, если оно разделяет чёрные клетки, белым, если оно разделяет белые клетки, и разноцветным, если оно разделяет чёрную и белую клетки.

По условию на границе каждой чёрной клетки лежат ровно два чёрных ребра. Но и каждое чёрное ребро лежит на границе двух чёрных клеток, поэтому чёрных рёбер ровно . Аналогично белых рёбер ровно . Поэтому разноцветных рёбер

На границе каждой белой клетки лежит не более двух разноцветных рёбер, а каждое разноцветное ребро лежит на границе ровно одной белой клетки. Из этого следует, что , то есть . Поскольку , то , что и требовалось доказать.

Решение 2. Приведём другой способ сделать оценку. Отметим центры клеток и соединим отрезком центры соседних по стороне разноцветных клеток. Тогда угловые клетки не будут соединены ни с одной другой клеткой, клетки у границы будут соединены ровно с одной клеткой, клетки не у границы будут соединены ровно с двумя клетками. Следовательно, все клетки, кроме угловых, разобьются на цепочки, концы которых лежат на границе, и циклы. На рисунке приведён пример разбиения.

Пример разбиения на цепочки и циклы

В каждом цикле и в каждой цепочке цвета клеток чередуются, поэтому в цикле количества чёрных и белых клеток совпадают, а в цепочке — совпадают или отличаются на . Всего цепочек , поэтому максимальная разность между количествами чёрных и белых клеток равна . Следовательно, чёрных клеток не больше .

Комментарий 1. Пример оптимальной раскраски единственный. Действительно, из второго решения следует, что чёрных клеток на больше, чем белых, только в случае, когда все угловые и все конечные клетки цепочек чёрные. Это соответствует тому, что все граничные клетки чёрные. Несложно видеть, что такая раскраска только одна.

Комментарий 2. Отметим, что в раскрасках, удовлетворяющих условию, связное по стороне множество чёрных клеток не обязательно образует прямоугольную каёмку.

Пример связного множества чёрных клеток

Похожие задачи

МОШ 2020, 11 класс, задача 4

Из шахматной доски 8 × 8 вырезали 10 клеток. Известно, что среди вырезанных клеток есть как чёрные, так и белые. Какое наибольшее количество двухклеточных прямоугольников можно после этого гарантированно вырезать из этой доски?
Сложная
Комбинаторика

МОШ 2024, 10 класс, задача 1

Петя и Вася играют на отрезке [0;1], в котором отмечены точки 0 и 1. Игроки ходят по очереди, начинает Петя. Каждый ход игрок отмечает ранее не отмеченную точку отрезка. Если после хода очередного игрока нашлись три последовательных отрезка между соседними отмеченными точками, из которых можно сложи
Сложная
Комбинаторика

МОШ 2023, 10 класс, задача 2

В эстафетном забеге Москва -- Петушки участвовали две команды по 20 человек. Каждая из команд по-своему разделила дистанцию на 20 не обязательно равных отрезков и распределила их между участниками так, чтобы каждый бежал ровно один отрезок (скорость каждого участника постоянна, но скорости разных уч
Сложная
Комбинаторика

МОШ 2024, 11 класс, задача 2

Чемпионат по футболу проходил в два круга. В каждом круге каждая команда сыграла с каждой один матч (за победу даётся три очка, за ничью одно, за поражение ноль). Оказалось, что все команды вместе набрали в первом круге 60% от общей суммы всех очков за два круга. Известно также, что победитель чемпи
Сложная
Комбинаторика