Петя разделил большой прямоугольник 99 вертикальными и 99 горизонтальными прямыми на 10 000 прямоугольников, площади которых неизвестны. За один вопрос можно узнать у Пети значение площади любого из этих 10 000 прямоугольников. За какое наименьшее количество вопросов получится гарантированно узнать площадь большого прямоугольника?
Предъявим стратегию, позволяющую узнать площадь большого прямоугольника за 199 вопросов.
Узнаем за 199 вопросов площади всех прямоугольников в нижней строке и в левом столбце. Докажем, что теперь можно однозначно восстановить площадь любого маленького прямоугольника на картинке.
Выберем произвольный прямоугольник разбиения. Рассмотрим четыре прямоугольника, лежащих в пересечении первых рядов и рядов, содержащих выбранный прямоугольник. Обозначим их площади и длины сторон как на рисунке. Тогда откуда неизвестная площадь
выражается через известные площади
формулой
Суммируя площади всех маленьких прямоугольников, находим площадь большого.
Теперь докажем от противного, что меньше чем за 199 вопросов площадь узнать не получится. Рассмотрим двудольный граф, у которого вершины одной доли соответствуют строкам, вершины другой доли соответствуют столбцам, а рёбра соответствуют прямоугольникам на пересечении строк и столбцов, про площади которых спросили у Пети. Так как в графе 200 вершин и меньше 199 рёбер, он несвязный. Значит, граф можно разбить на несколько компонент связности. Выберем одну компоненту.
Рассмотрим все строки и все столбцы, соответствующие вершинам выбранной компоненты. Попробуем увеличить высоты всех рассматриваемых строк в раз, одновременно уменьшив длины всех рассматриваемых столбцов в x раз. Заметим, что от этого площади всех маленьких прямоугольников, про которые спросили у Пети, не изменятся, так как мы работаем с отдельной компонентой связности.
Введём обозначения: a — сумма высот рассматриваемых строк, b — сумма высот остальных строк, c — сумма длин рассматриваемых столбцов, d — сумма длин остальных столбцов.
Изначально площадь большого прямоугольника была равна а после изменения стала
Уравнение
можно привести к виду
Если выбрать то площади до и после изменения будут разными, а соответственные ответы Пети в этих двух случаях — одинаковыми. Значит, узнать площадь за меньше чем 199 вопросов наверняка не получится.
Ответ: 199.

