出征的日子来了。
十一月十二日,清晨。
临安国际机场的出发大厅里,浙江省cmo代表队的25名队员。
这是徐辰第一次坐飞机。
带队的张建国显然经验丰富,將整个登机流程安排得井井有条。
徐辰坐在靠窗的位置,感受著飞机在跑道上加速时传来的强烈推背感,以及最终挣脱大地束缚、衝上云霄时的轻微失重。
这种新奇的体验,让他的注意力在窗外停留了大约十分钟。
十分钟后,当飞机进入平流层,窗外的景色只剩下了一成不变的蓝天和白云时,新鲜感迅速褪去。
无聊,开始悄然滋生。
徐辰的思维,自然而然地,飘回到了一直在思考的那道数学题上。
那道悬赏300元的组合几何题。
【证明:存在一个由其中3个点构成的三角形,其外接圆的內部,不包含任何其他给定点。】
【常规解法利用了『极值原理』,其本质是『紧致性』。】
【那么,能否绕开这种分析学的思路,用更纯粹的组合或者几何方法来证明?】
他的大脑,开始在没有草稿纸的情况下,进行“空想”推演。
【假设,我们对这n个点进行一种『生长』过程。想像每个点都是一个圆心,初始半径为0,然后所有圆以相同的速度,同步开始扩大半径……】
【这个过程,就像在平静的水面上同时投入n颗石子,激起n个不断扩大的同心圆涟漪。】
【当某两个圆的涟漪第一次相切时,连接它们的圆心,得到一条线段。这条线段的垂直平分线,就是这两个点『势力范围』的分界线。】
【当某三个圆的涟漪第一次同时交於一点时,连接它们的圆心,得到一个三角形……这个交点,就是这个三角形的外心!】
一个全新的、基於“维诺图”和“德劳內三角剖分”思想的雏形,在他的脑海中,缓缓构建起来。
【这个由『第一次相交』的三个点构成的三角形,它的外接圆內部,不可能包含其他点。因为如果包含,那个被包含的点所对应的圆,必然会更早地与这三个圆中的某一个相交。这就与『第一次』相矛盾了!】
【这个思路似乎可行,但需要严格的数学语言来证明……】
两个小时的航程,转瞬即逝。
当他们走出武汉天河机场,一股与临安截然不同的、略带湿冷的空气扑面而来。
cmo的承办方——武钢三中派来了大巴车接站。
领队老师带领著队员们,顺利入住安排好的宿舍。
……
第二天,是开幕式。
在武钢三中那足以容纳千人的大礼堂里,来自全国31个省、市、自治区的510名顶尖数学少年,齐聚一堂。
冗长但必要的领导讲话,让徐辰对cmo有了更清晰的认识。
一位来自组委会的领导站在台上,声音洪亮而严肃:
“同学们,首先欢迎大家来到英雄的城市武汉,参加本年度的中国数学奥林匹克,也就是cmo。在座的各位,都是从全国数百万高中生中脱颖而出的佼佼者,你们代表了中国中学生数学的最高水平。”
“在这里,我要向大家详细介绍一下cmo的赛制和意义。cmo不仅仅是一场考试,它更是一场选拔。它的全称,叫做『全国中学生数学冬令营』。『冬令营』这三个字,就说明了它的本质——集训和选拔。”
“本次冬令营,为期五天。核心是明后两天的两场考试。每场考试,从上午八点到中午十二点半,持续四个半小时,你们需要解答三道大题。这六道题,將全面考察你们在代数、几何、数论、组合这四大领域的知识深度和创新能力。”
“根据你们的总成绩,我们將评选出金、银、铜牌。获奖比例大约在70%左右,也就是说,在座的大部分同学,都能带著奖牌回家。但是,奖牌的成色,將决定你们未来的道路。铜牌,是对你们进入全国决赛的肯定;银牌,將为你们敲开顶尖大学自主招生的大门;而金牌,则意味著你们將站上金字塔的顶端。”
“每年的金牌数量並不固定,但通常在百枚左右,上下浮动。这意味著,你们需要在510名顶尖高手中,排进前20%,才能確保一枚金牌。竞爭,將会非常激烈。”
“而金牌,还不是终点!”领导的语气加重了,“在所有金牌选手中,总分排名前六十位的同学,將被直接选入国家集训队!这,才是cmo的真正目的!”
“进入国家集训队,你们將接受国內最顶尖的教练团队的指导,並经过两轮更为严苛的考试选拔,最终,决出六位最优秀的选手,组成中国国家队,代表我们的国家,去参加明年的imo——国际数学奥林匹克竞赛!”
“从省赛,到国赛cmo,再到国际赛imo,这才是每一位数学竞赛人所追求的、完整的大满贯之路!你们的战场,不仅仅是这张试卷,你们的目標,是星辰大海,是为国爭光!”
这番话,让台下的少年们热血沸腾。
开幕式的压轴环节,是一位头髮花白、精神矍鑠的数学院士的演讲。当这位院士走上台时,徐辰明显感觉到,身边的带队老师们,甚至会场的工作人员,都下意识地挺直了腰板,眼神里充满了敬意。
徐辰第一次亲眼见到院士,那种不怒自威的学术气场,那种寥寥数语便能將深奥的数学思想讲得深入浅出的功力,让他真切地感受到了“泰斗”二字的分量。
整个过程,庄重而又充满了仪式感。光是讲话与合影留念,就占去了一整个上午。
下午,则是熟悉考场和校园自由交流。
……
当天晚上,张老师再一次將所有队员召集到会议室,进行最后的战前动员。
“明天早上,七点准时起床,七点半再去一號食堂吃早餐,不许迟到!”
“八点钟,我们准时从宿舍出发,步行前往考场。身份证、准考证,今天晚上就给我放到文具袋里!”
“考完之后,不要在考场逗留,直接回到酒店大堂碰头,我会在这里等你们。不许討论题目!”
张老师事无巨细地强调著每一个细节,让队员们紧张的心情,也平復了不少。
会议结束后,徐辰回到了自己的宿舍。
因为浙江队是25人,单出了一个,徐辰便主动申请了单间宿舍。对於这位满分状元,张老师自然也是有求必应。
徐辰洗漱完毕,躺在床上,却毫无睡意。
他又想起了那道组合几何题,以及自己在飞机上构建的那个“圆生长”模型。那个直观的、物理图像般的思路,始终在他脑海中盘旋,让他心痒难耐。
他翻身下床,拿出草稿纸,开始將那个模型,转化为严谨的数学语言。
【设点集为 p ={p?, p?,..., p?}。对於平面上任意一点 x,和任意一个 p?∈ p,定义一个距离函数 d(x, p?)。】
【现在,考虑一个『时间』变量 t≥ 0。对於每一个点 p?,我们可以定义一个以它为圆心,半径为√t的闭圆盘 b(p?,√t)。】
【我的思路是,找到第一个『时间点』 t?,使得某三个圆盘 b(p?,√t?), b(p?,√t?), b(p?,√t?)恰好交於一点。这个交点,就是△p?p?p?的外心。】
笔尖在纸上飞速地划过,一个个符號,一行行推导,让那个模糊的思路,变得越来越清晰。
【问题在於,如何严格证明这个『第一次』相交的时刻 t?一定存在,並且是唯一的?】
【这涉及到连续性的问题。可以构造一个函数 g(t)= min_{i≠j≠k} r(p?, p?, p?),其中 r是三个点的外接圆半径。当 t增加时,这个函数……】
他的思路在这里卡住了。
他感觉自己已经抓住了问题的核心,就像一个登山者,已经看到了山顶的旗帜,甚至能感受到山顶的风。但脚下,却隔著一道看不见的、深不见底的裂缝。
他需要一座桥樑,一个关键的引理,或者一个巧妙的转换,来跨过这道裂缝。
他尝试了反证法,假设在 t?时刻,外接圆內部包含了另一个点 p?。这意味著|x?- p?|<|x?- p?|,其中 x?是外心。这似乎能导出矛盾,但推导过程却异常繁琐,並且涉及到了复杂的几何不等式。
【不对,一定有更简洁的方法。】
他看著草稿纸上那堆复杂的符號,感觉自己似乎走偏了方向。
他看了一眼手机上的时间,已经快十一点了。
【算了,明天还要考试。】
他深吸一口气,强行中断了推导,將那张写满了符號的草稿纸,小心地夹进了书里。
收起杂念,关灯,睡觉。