сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

В стра­не 100 го­ро­дов, между ними дей­ству­ет не­сколь­ко бес­по­са­доч­ных авиа­ли­ний так, что от лю­бо­го го­ро­да до лю­бо­го можно до­брать­ся, воз­мож­но, с пе­ре­сад­ка­ми. Для каж­дой пары го­ро­дов вы­чис­ли­ли наи­мень­шее ко­ли­че­ство перелётов, не­об­хо­ди­мых чтобы до­брать­ся от од­но­го до дру­го­го. Назовём транс­порт­ной за­труднённо­стью стра­ны сумму квад­ра­тов этих 4950 чисел. Какое наи­боль­шее зна­че­ние может при­ни­мать транс­порт­ная за­труднённость? Ответ дол­жен быть дан в виде числа (в де­ся­тич­ной си­сте­ме счис­ле­ния).

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Сна­ча­ла до­ка­жем, что транс­порт­ная за­труднённость наи­боль­шая в слу­чае, когда го­ро­да свя­за­ны «по це­поч­ке».

Дей­стви­тель­но, можно счи­тать граф де­ре­вом (иначе вы­ки­нем часть рёбер так, чтобы оста­лось де­ре­во  — за­труднённость уве­ли­чит­ся). Вы­бе­рем в де­ре­ве самый длин­ный путь. До­пу­стим, что есть вер­ши­ны, не вхо­дя­щие в этот путь. Тогда среди них найдётся ви­ся­чая вер­ши­на x (то есть вер­ши­на, в ко­то­рую ведёт толь­ко одно ребро). Пусть y  — бли­жай­шая к x вер­ши­на са­мо­го длин­но­го пути. Пе­ре­несём всю «ветку», от­хо­дя­щую от y и со­дер­жа­щую x, в конец са­мо­го длин­но­го пути, более удалённый от y. За­ме­тим, что в ре­зуль­та­те по­пар­ные рас­сто­я­ния между вер­ши­на­ми в пре­де­лах «ветки» не из­ме­ни­лись, рас­сто­я­ния между вер­ши­на­ми вне ветки  — тоже. При этом легко ви­деть, что для каж­дой вер­ши­ны ветки сумма квад­ра­тов рас­сто­я­ний до всех осталь­ных вер­шин воз­рос­ла. Дей­стви­тель­но, если k  — рас­сто­я­ние от некой вер­ши­ны z ветки до y, то набор рас­сто­я­ний от z до вер­шин вне ветки (вклю­чая y) был

k, k плюс 1, k плюс 1, k плюс 2, k плюс 2, \ldots, k плюс s, k плюс s, k плюс s плюс 1, k плюс s плюс 2, \ldots, k плюс s плюс t,

а стал k, k плюс 1, k плюс 2, k плюс 3, \ldots

Та­ки­ми «пе­ре­ве­ши­ва­ни­я­ми» можно при­ве­сти граф к виду це­поч­ки, причём за­труднённость всё время будет воз­рас­тать; зна­чит, для це­поч­ки она мак­си­маль­на.

Те­перь по­счи­та­ем за­труднённость для «це­поч­ки». За­да­ча сво­дит­ся к на­хож­де­нию суммы

99 умно­жить на 1 в квад­ра­те плюс 98 умно­жить на 2 в квад­ра­те плюс 97 умно­жить на 3 в квад­ра­те плюс \ldots плюс 1 умно­жить на 99 в квад­ра­те .

Обо­зна­чим

S_n в квад­ра­те =1 в квад­ра­те плюс 2 в квад­ра­те плюс \ldots плюс n в квад­ра­те , S_n в кубе =1 в кубе плюс 2 в кубе плюс \ldots плюс n в кубе .

Как из­вест­но,

S_n в квад­ра­те = дробь: чис­ли­тель: n левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 2 n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 6 конец дроби ,

S_n в кубе = левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: n левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те

(это можно до­ка­зать по ин­дук­ции). За­ме­тим, что ис­ко­мая сумма равна

100 умно­жить на левая круг­лая скоб­ка 1 в квад­ра­те плюс 2 в квад­ра­те плюс \ldots плюс 99 в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка минус левая круг­лая скоб­ка 1 умно­жить на 1 в квад­ра­те плюс 2 умно­жить на 2 в квад­ра­те плюс \ldots плюс 99 умно­жить на 99 в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка =100 S_99 в квад­ра­те минус S_99 в кубе = =
=100 умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 99 умно­жить на левая круг­лая скоб­ка 99 плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на левая круг­лая скоб­ка 2 умно­жить на 99 плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 6 конец дроби минус левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 99 умно­жить на левая круг­лая скоб­ка 99 плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те =32 835 000 минус 24 502 500=8 332 500.

Ответ: 8 332 500.