设 $A_1,A_2,\cdots ,A_n$ 都是 $9$ 元集合 $\{1,2,\cdots ,9\}$ 的子集,已知 $\left|A_i\right|$ 为奇数,$1\leqslant i\leqslant n$;$\left|A_i\cap A_j\right|$ 为偶数,$1\leqslant i\neq j\leqslant n$.其中 $\left|A\right|$ 表示有限集 $A$ 中的元素个数.则 $n$ 的最大值为
【难度】
【出处】
2015年北京大学自主选拔录取考试
【标注】
  • 题型
    >
    组合数学
    >
    组合极值
  • 知识点
    >
    函数
    >
    集合与映射
    >
    集合与集合的关系
【答案】
$9$
【解析】
我们来证明更一般的结论:设 $A_1,A_2,\cdots ,A_n$ 都是 $m$ 元集合 $\{1,2,\cdots ,m\}$ 的子集,已知 $\left|A_i\right|$ 为奇数,$1\leqslant i\leqslant n$;$\left|A_i\cap A_j\right|$ 为偶数,$1\leqslant i\neq j\leqslant n$.则 $n$ 的最大值为 $m$.
事实上,我们可以用 $n$ 个 $m$ 维 $01$ 向量 $\overrightarrow{v_1},\overrightarrow{v_2},\cdots,\overrightarrow{v_n}$ 分别表示这 $n$ 个子集.例如,当 $m=9$ 时,子集 $A_1=\{1,3,4,5,9\}$ 可以表示为$$\overrightarrow{v_1}=(1,0,1,1,1,0,0,0,1),$$下面我们证明这 $n$ 个向量在模 $2$ 的有限域 $F_2$ 上线性无关,从而 $n \leqslant m$.
假设存在一组数 $a_1,a_2,\cdots,a_n$,使得$$a_1\overrightarrow{v_1}+a_2\overrightarrow{v_2}+\cdots+a_n\overrightarrow{v_n}=\overrightarrow{0},$$则对于 $\forall i\in\{1,2,\cdots,n\}$,都有$$0=\overrightarrow{v_i}\cdot\left(a_1\overrightarrow{v_1}+a_2\overrightarrow{v_2}+\cdots+a_n\overrightarrow{v_n}\right)=a_i,$$因此这 $n$ 个向量线性无关.
下面给出 $n=m$ 的构造.取 $A_i=\{i\}$,$i=1,2,\cdots ,n$ 即可.
证毕.
题目 答案 解析 备注
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