сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

Кощей при­ду­мал для Ивана-ду­ра­ка ис­пы­та­ние. Он дал Ивану вол­шеб­ную ду­доч­ку, на ко­то­рой можно иг­рать толь­ко две ноты  — до и си. Для про­хож­де­ния ис­пы­та­ния Ивану нужно сыг­рать какую-ни­будь ме­ло­дию из 300 нот на свой выбор. Но до того, как он начнёт иг­рать, Кощей вы­би­ра­ет и объ­яв­ля­ет за­прет­ны­ми одну ме­ло­дию из пяти нот, одну  — из шести нот, ..., одну  — из 30 нот. Если в какой-то мо­мент по­след­ние сыг­ран­ные ноты об­ра­зу­ют одну из за­прет­ных ме­ло­дий, ду­доч­ка пе­ре­стаёт зву­чать. Смо­жет ли Иван прой­ти ис­пы­та­ние, какие бы ме­ло­дии Кощей ни объ­явил за­прет­ны­ми?

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Пер­вый спо­соб. Пусть Ln  —число ме­ло­дий длины n, не со­дер­жа­щих за­прет­ных по­сле­до­ва­тель­но­стей нот. Будем счи­тать, что L_0=1. По ин­дук­ции до­ка­жем, что L_n плюс 1 боль­ше или равно L_n плюс L_n минус 1 для всех на­ту­раль­ных n.

База ин­дук­ции (n  =  1):  L_2=4 боль­ше или равно 2 плюс 1=L_1 плюс L_0. Пред­по­ло­жим, что не­ра­вен­ство  L_k плюс 1 боль­ше или равно L_k плюс L_k минус 1 верно для всех k, мень­ших n. По­ка­жем, что тогда  L_n плюс 1 боль­ше или равно L_n плюс L_n минус 1. За­ме­тим, что

 L_n плюс 1 боль­ше или равно 2 L_n минус L_n минус 4 минус L_n минус 5 минус \ldots минус L_0. \qquad левая круг­лая скоб­ка 1 пра­вая круг­лая скоб­ка

Дей­стви­тель­но, мы можем до­ба­вить одну из двух нот к уже име­ю­щей­ся ме­ло­дии из n нот, при этом до­бав­лен­ная нота могла за­вер­шить за­прет­ную ме­ло­дию из 5 нот и ис­пор­тить раз­решённую ме­ло­дию из n–4 нот, за­вер­шить за­прет­ную ме­ло­дию из 6 нот и ис­пор­тить раз­решённую ме­ло­дию из n–5 нот и т. д. (Здесь мы можем вы­честь лиш­нее, если  n боль­ше 30, и часть вы­чи­та­е­мых ме­ло­дий могут быть оди­на­ко­вы­ми, но по­сколь­ку мы пишем оцен­ку снизу, всё пра­виль­но.)

Из не­ра­вен­ства  L_k плюс 1 боль­ше или равно L_k плюс L_k минус 1 сле­ду­ют не­ра­вен­ства

 L_k плюс 1 минус L_k боль­ше или равно L_k минус 1, \qquad левая круг­лая скоб­ка 2 пра­вая круг­лая скоб­ка

 L_k плюс 1 минус L_k минус 1 боль­ше или равно L_k. \qquad левая круг­лая скоб­ка 3 пра­вая круг­лая скоб­ка

При­ме­няя не­ра­вен­ства (1), (2) и (3), по­лу­чим

 L_n плюс 1 минус L_n минус L_n минус 1 \geqslant левая круг­лая скоб­ка L_n минус L_n минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка минус L_n минус 4 минус L_n минус 5 минус \ldots минус L_0 боль­ше или равно L_n минус 2 минус L_n минус 4 минус L_n минус 5 минус \ldots минус L_0=
= левая круг­лая скоб­ка L_n минус 2 минус L_n минус 4 пра­вая круг­лая скоб­ка минус L_n минус 5 минус \ldots минус L_0 боль­ше или равно L_n минус 3 минус L_n минус 5 минус L_n минус 6 минус \ldots минус L_0 боль­ше или равно L_n минус 4 минус L_n минус 6 минус L_n минус 7 минус \ldots минус L_0 боль­ше или равно \ldots боль­ше или равно L_3 минус L_1 минус L_0=
=8 минус 2 минус 1=5 боль­ше 0.

Сле­до­ва­тель­но,  L_n плюс 1 боль­ше или равно L_n плюс L_n минус 1, и шаг ин­дук­ции до­ка­зан. По­сколь­ку  L_0 и  L_1 по­ло­жи­тель­ны, то из до­ка­зан­но­го не­ра­вен­ства сле­ду­ет, что  L_n  — воз­рас­та­ю­щая по­сле­до­ва­тель­ность по­ло­жи­тель­ных чисел. Сле­до­ва­тель­но,  L_300 боль­ше 0, и Иван спра­вит­ся с ис­пы­та­ни­ем Кощея.

 

Вто­рой спо­соб. Рас­смот­рим все­воз­мож­ные ме­ло­дии из нот до и си длины 13 (их 2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 13 пра­вая круг­лая скоб­ка штук). Каж­дую такую ме­ло­дию пе­ри­о­ди­че­ски про­дол­жим в обе сто­ро­ны, по­лу­чив бес­ко­неч­ную в обе сто­ро­ну ме­ло­дию. Назовём две по­лу­чив­ши­е­ся бес­ко­неч­ные ме­ло­дии эк­ви­ва­лент­ны­ми, если одна по­лу­ча­ет­ся из дру­гой сдви­гом.

Наи­мень­ший пе­ри­од всех бес­ко­неч­ных ме­ло­дий, кроме двух, со­сто­я­щих толь­ко из нот до и толь­ко из нот си, равен 13.

Ко­ли­че­ство не эк­ви­ва­лент­ных друг другу бес­ко­неч­ных ме­ло­дий равно  дробь: чис­ли­тель: 2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 13 пра­вая круг­лая скоб­ка минус 2, зна­ме­на­тель: 13 конец дроби плюс 2=632. Из них ме­ло­дий, со­дер­жа­щих за­прещённые Ко­ще­ем ме­ло­дии, не боль­ше

 левая круг­лая скоб­ка 2 в сте­пе­ни 8 плюс 2 в сте­пе­ни 7 плюс \ldots плюс 2 в сте­пе­ни 1 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс 18=528.

(в скоб­ках учте­ны за­прет­ные ме­ло­дии длины  мень­ше или равно 12, за скоб­ка­ми  — все осталь­ные). Таким об­ра­зом, найдётся бес­ко­неч­ная ме­ло­дия, ко­то­рая не со­дер­жит за­прет­ных ме­ло­дий, и для про­хож­де­ния ис­пы­та­ния Ивану до­ста­точ­но сыг­рать её кусок длины 300.

 

Ответ: да, смо­жет.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

«+»  — за­да­ча ре­ше­на верно и обос­но­ван­но.

«\pm»  — ре­ше­ние в целом вер­ное, но не­ко­то­рые про­ме­жу­точ­ные шаги не­до­ста­точ­но обос­но­ва­ны.

«\mp»  — ре­ше­ние со­дер­жит не­ко­то­рые важ­ные идеи, ко­то­рых, од­на­ко, не­до­ста­точ­но для пол­но­го ре­ше­ния.

«–»  — зна­чи­тель­ных про­дви­же­ний не по­лу­че­но.