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Problema 109
A cada vértice de un cubo se le asigna el valor $1$ ó $-1$, y a cada cara el producto de los valores asignados a los vértices. ¿Qué valores puede tomar la suma de los catorce valores así obtenidos?
pistasolución 1info
Pista. Demuestra que al cambiar un vértice de signo, la suma permanece invariante módulo $4$.
Solución. Al cambiar un vértice de signo, cambian con él tres caras de signo, es decir, cambian cuatro signos. Por tanto, pueden ocurrir las siguientes situaciones cuando se cambia un vértice de signo:
  • los cuatro signos pasan de positivos a negativos, con lo que la suma cambia en $-8$;
  • pasan de un negativo y tres positivos a un positivo y tres negativos, con lo que la suma cambia en $-4$;
  • pasan de dos positivos y dos negativos a dos positivos y dos negativos, con lo que la suma no cambia;
  • pasan de un positivo y tres negativos a un negativo y tres positivos, con lo que la suma cambia en $+4$;
  • pasan de todos negativos a todos positivos y la suma cambia en $+8$.

Partiendo de todos los signos positivos (con suma igual a $14$) y cambiando vértices de signo, podemos llegar a cualquier configuración pero los casos anteriores nos dicen que la suma será la original modificada en un múltiplo de $4$, es decir, será 14, 10, 6, 2, $-2$, $-6$, $-10$ ó $-14$.

El valor $-14$ no puede ser puesto que implicaría que todos los números son negativos y no pueden ser simultáneamente negativos los cuatro vértices de una cara y la propia cara. Tampoco puede darse el caso $-10$ ya que habría dos números negativos y $12$ positivos. Los demás casos (14, 10, 6, 2, $-2$, $-6$) sí que pueden ocurrir y dejamos al lector que ponga ejemplos de cada uno de ellos.

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