已知 $A$ 和 $B$ 是集合 $\{1,2,3,\cdots,100\}$ 的两个子集,满足:$A$ 与 $B$ 的元素个数相等,且 $A\cap B$ 为空集,若 $n\in A$,总有 $2n+2\in B$,则集合 $A\cup B$ 的元素个数最多为 .
【难度】
【出处】
2013年全国高中数学联赛新疆维吾尔自治区预赛
【标注】
【答案】
$66$
【解析】
先证明:${\rm{Card}}(A\cup B)\leqslant 66$,只须证 ${\rm {Card}}A\leqslant 33$,为此只须证明若 $A$ 是 $\{1,2,3,\cdots,49\}$ 的任何一个 $34$ 元子集,则必存在 $n\in A$,使得 $2n+2\in A$,证明如下:
将 $\{1,2,3,\cdots,49\}$ 分成如下 $33$ 个集合:
$\{1,4\}$,$\{3,8\}$,$\{5,12\}$,$\cdots$,$\{23,48\}$,$\{2,6\}$,$\{10,22\}$,$\cdots$,$\{18,38\}$,$\{25\}$,$\{27\}$,$\cdots$,$\{49\}$,$\{26\}$,$\{34\}$,$\{42\}$,$\{46\}$ 由于 $A$ 是 $\{1,2,3,\cdots,49\}$ 的 $34$ 元子集,从而由抽屉原理知,上述 $33$ 个集合中至少有二元集合中的数均属于 $A$ 即必存在 $n\in A$,使得 $2n+2\in A$,则 ${\rm {Card}}A\leqslant 33$.
如取 $A=\{1,3,5,\cdots,23,2,10,14,18,25,27,\cdots,49,26,34,42,46\}$,$B=\{2n+2|n\in A\}$,则 $A,B$ 满足题设且 ${\rm {Card}}A={\rm {Card }}B$,${\rm {Card}}(A\cup B)=66$.
将 $\{1,2,3,\cdots,49\}$ 分成如下 $33$ 个集合:
$\{1,4\}$,$\{3,8\}$,$\{5,12\}$,$\cdots$,$\{23,48\}$,$\{2,6\}$,$\{10,22\}$,$\cdots$,$\{18,38\}$,$\{25\}$,$\{27\}$,$\cdots$,$\{49\}$,$\{26\}$,$\{34\}$,$\{42\}$,$\{46\}$ 由于 $A$ 是 $\{1,2,3,\cdots,49\}$ 的 $34$ 元子集,从而由抽屉原理知,上述 $33$ 个集合中至少有二元集合中的数均属于 $A$ 即必存在 $n\in A$,使得 $2n+2\in A$,则 ${\rm {Card}}A\leqslant 33$.
如取 $A=\{1,3,5,\cdots,23,2,10,14,18,25,27,\cdots,49,26,34,42,46\}$,$B=\{2n+2|n\in A\}$,则 $A,B$ 满足题设且 ${\rm {Card}}A={\rm {Card }}B$,${\rm {Card}}(A\cup B)=66$.
题目
答案
解析
备注