5x5 vierkant

Opgave - BrMO 1 1998 vraag 1

Een 5x5 vierkant is verdeeld in 25 eenheidsvierkantjes. Een van de cijfers 1,2,3,4,5 wordt in ieder eenheidsvierkantje geplaatst, op zo'n manier dat iedere rij, kolom en beide diagonalen alle vijf de cijfers exact een keer bevatten. De som van de getallen in de vier vierkantjes net onder de diagonaal van linksboven tot rechtsonder wordt de $\emph{score}$ genoemd.
Toon aan dat de score onmogelijk 20 kan zijn.
Wat is de maximale score?

Oplossing

Als de score van de vier vierkantjes onder de linksboven-rechtsonder diagonaal 20 is, dan moeten ze allevier 5 zijn. Maar, als ze 5 zijn, kan er geen enkel vierkantje op de linksboven-rechtsonder diagonaal 5 zijn, en dat is strijdig met het gegeven (beide diagonalen bevatten alle vijf de cijfers exact een keer).
We proberen of als maximale score 19 mogelijk is:
3 vakjes net onder de linksboven-rechtsonder diagonaal zijn $5$ en de andere een $4$,
dit betekent dat op de diagonaal zelf er 3 vakjes zijn die op een rij met een 5 liggen en omdat de 3 kolommen die een 5 bevatten niet de 3 zelfde hokjes kunnen bevatten ( neem de meest linkse kolom met een 5, en bekijk het vakje erboven, dat zat niet in een zelfde rij, maar mag ook geen 5 bevatten), de plaats van de 5 op die diagonaal is dan éénduidig bepaald.
Bekijk nu de andere diagonaal, 3 vakjes liggen op een 5-rij van de score en mogen geen 5 zijn en terug is er 1 vakje die op eenzelfde kolom ligt extra.
De $4^e$ 5 die we plaatsten, mag echter in geen zelfde kolom of rij van een vorig vakje liggen en zorgt dus dat het laatste vakje op de rechtsboven-linksonder diagonaal ook geen 5 mag zijn, zodat het onmogelijk is hier een 5 te plaatsen zoals gevraagd houdend aan de overige voorwaarden.
18 voldoet niet, er zouden dan 2 4'en en 2 5'en in de score moeten liggen, maar bekijk hiervoor de $3$ mogelijke configuraties;

In tekening 1 en 2 zijn de enige mogelijke 5 en 4 op de rechtsboven-linksonder diagonaal op dezelfde plaats. En in tekening 3 zien we dat de enige plaatsen op de linksboven-rechtsonder voor een 4 linksboven en rechtsonder zijn. We weten dus dat de enige mogelijke 4 op de rechtsboven-linksonder diagonaal in het 4de hokje op de 2de rij ligt. Daaruit volgt dat de 2 resterende 4en in het hokje linksboven en rechtsonder liggen, wat niet kan omdat ze op dezelfde diagonaal zijn.

Tot slot tonen we dat het met $17$ gaat, waardoor dit het maximum is