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【题目】已知若干个长方体盒子,其棱长均为不大于正奇数的正整数(允许三棱长相同),且盒壁厚度忽略不计,每个盒子的三组对面分别染为红、蓝、黄三色,若没有一个盒子能以同色面平行的方式装入另一个盒子中,则称这些盒子是“和谐的”,求最多有多少个和谐盒子?

【答案】

【解析】

设和谐盒子最多有个,在空间直角坐标系中,坐标面分别染为红、蓝、黄三色,将上述盒子放入坐标系中,使其共顶点的三面分别放入同色的坐标面中,则每个盒子与一个整数有序数组一一对应,其中,.从而,和谐盒子集合对应一个空间直角坐标系中的点集,满足对于任意中的两点,有 其中,.

,其中,,令.显然,中任意两点至多有一个分量相同,即,且对任意,有.

中各元按分量的大小排序,记为,其中,.由式①知.故,如图,在坐标平面内记,其中,.从而,式②等价于.

对于,若,则将所有中的点并入中,将新集合记为,则仍满足式③,对继续上述调整,直至,此时,仍记为,将各点依次连成一条折线,则所有组成中互不相交条折线,故 ,当,即时,上式等号成立.

综上,和谐盒子至多有个.

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,②

,其中

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