55 ⇒ M − 12 ∑2 ≤ M − 1X∈XX∈XNẾU M = 3, KHI ĐÓ DẤU BẰNG PHẢI XẢY RA...

2 .55 ⇒ m − 1

2 ∑

2 ≤ m − 1

xX

Nếu m = 3, khi đó dấu bằng phải xảy ra trong tất cả các bất đẳng thức trên, nên n

x

= m = 3, ∀ xX.

Nhưng ∑

xX

n

x

= 55 không chia hết cho 3, nên n

x

không thể bằng 3 với mọi giá trị của xX . Từ đây

suy ra m ≥ 4.

Tiếp theo ta chứng minh m = 4 thỏa mãn. Xét

a b b d

e f g h

1 2 3 4

5 6 7 8

Khi đó 11 tập M

i

được lấy như sau:

• 4 tập dòng

M

1

= { a, b, c, d, D } , M

2

= { e, f , g, D } , M

3

= { 1, 2, 3, 4, D } , M

4

= { 5, 6, 7, 8, D } .

• 4 tập cột

M

5

= { a, e, 1, 5,C } , M

6

= { b, f , 2, 6, C } , M

7

= { c, g, 3, 7, C } , M

8

= { d, h, 4, 8, C } .

• 3 tập đường chéo

M

9

= { a, f , 3, 8, D } , M

10

= { b, g, 4, 5, D } , M

11

= { c, h, 1, 6, D } .

(Mỗi tập trên đều lấy trên mỗi dòng, mỗi cột đúng một phần tử)

Ví dụ 2.4.3 (USAMO 2011). Cho A

1

, A

2

, . . . , A

11

là các hợp sao cho

( | A

i

| = 45, ∀ 1 ≤ i ≤ 11

| A

i

A

j

| = 9, ∀ 1 ≤ i < j ≤ 11.

Chứng minh rằng | A

1

A

2

∪ . . . ∪ A

11

| ≥ 165 và cho một ví dụ với trường hợp dấu bằng xảy ra.

Chứng minh. Đặt X = A

1

A

2

∪ . . . ∪ A

11

, với mỗi xX , đặt

n

x

= |{ j ∈ { 1, 2, . . . , 11 }| xA

j

}| .

Khi đó

x

X

n

x

= | A

1

| + | A

2

| + ··· + | A

11

| = 11 × 45 = 495.

cách chọn hai tập giao khác rỗng A

i

, A

j

trong số 11 tập A

1

, A

2

, . . . , A

11

.

• Có

112

giao khác rỗng của các tập A

i

, A

j

.

• Mặt khác, mỗi phần tử x xuất hiện trong

n2

x

Theo giả thiết thì | A

i

A

j

| = 9 với mọi 1 ≤ i < j ≤ 11 nên mỗi tập giao của hai tập A

i

, A

j

thì mỗi phần

tử được đếm lặp 9 lần. Do đó

n

x

11

= 495.

= 9 ×

2

Từ đây suy ra

n

x

= 3, ∀ xX .

n

x

= ∑

Mặt khác

= 495 ⇒ ∑

n

2x

= 3 × 495

Đặt n = | X | , theo bất đẳng thức Cauchy - Schwarz thì

!

2

!

!

⇒ 495

2

n × 3 × 495 ⇒ n ≥ 165.

≤ ∑

n

2x

1