Задача 8.
На турнир приехали сто школьников 5 и 6 классов. Оргкомитет выяснил следующее: любых шести школьников можно расселить по двум 3-местным номерам так, что в каждом номере оказались все знакомы между собой. Какое наименьшее число пар знакомых могло быть среди школьников?
Ответ на Задачу 8.
Построим следующий граф. Вершинами будут школьники. Две вершины соединим ребром, если соответствующие им школьники не знакомы. Нам надо узнать какое максимальное количество рёбер может быть в этом графе. Приведем пример при котором в этом графе 100 рёбер, а именно рассмотрим граф в виде цикла длины 100. Отметим любые 6 вершин и разобьём их на тройки так, что в каждой будут идущие через одну в цикле, тогда никакие две из одной тройки не соединены ребром. Докажем, что в нашем графе не может быть более 100 рёбер. В нашем графе нет вершины степени больше трёх. Иначе рассмотрим следующую шестёрку вершин-школьников 𝐴, четырёх её соседей 𝐵, 𝐶, 𝐷, 𝐸 и произвольную 𝐾. Тогда по построению графа школьник 𝐴 может жить в одной комнате только с 𝐾, что противоречит возможности поселить их по три человека знакомых друг с другом. Пусть есть вершина 𝑋 степени 3, её соседей обозначим через 𝑈, 𝑉, 𝑌 . Если есть ещё две вершины 𝑃 и 𝑄 отличные от этих четырёх соединённые ребром, то рассмотрим эту шестёрку школьников. 𝑋 может жить только с 𝑃 и 𝑄, которые не могут жить вместе. Значит все рёбра имеют одной из своих вершин одну из четырёх 𝑋, 𝑈, 𝑉, 𝑌 , а так как степень по доказанному выше у каждой не больше трёх то всего получается рёбер не больше 12 < 100. Если же из каждой вершины выходит не больше двух рёбер тогда их всего не больше 100 · 2 : 2 = 100. Мы доказали, что незнакомств максимум 100, тогда знакомств минимум 100 · 99 : 2 − 100 = 4950 − 100 = 4850.