» »

Zanimivi nalogi iz kombinatorike

Zanimivi nalogi iz kombinatorike

Volta ::

Pozdrav vsem :)

Pred kratkim sem pisal izpit iz Diskretne matematike (študiram matematiko na FNM v MB) in rabim vašo pomoč.

Nalogi sta sledeči:

1. Vsakega izmed n tekmovanj se udeleži 15 istih tekmovalcev. Na startu se vedno postavijo v 3 enakoštevilčne vrste. Koliko tekmovanj je na sporedu, če vsak par tekmovalcev natanko dvakrat stoji v isti vrsti?

2. Na voljo imamo n črnih in n belih kock iz katerih bi radi sestavili stolp višine n kock. Koliko različnih stolpov lahko sestavimo, če beli kocki nikoli ne sledita dve črni? (Med kockami iste barve ne ločimo.)

Za vsako pomoč se vam že vnaprej zahvaljujem! :)

joze67 ::

Za 2: upam, da je na voljo kakšna bolj elegantna rešitev.

Sicer pa tale. Označimo

a(n) := število ustreznih stolpov velikosti n, ki imajo na vrhu belo kocko
b(n) := število ustreznih stolpov velikosti n, ki se končajo s kombinacijo bela-črna
c(n) := število ustreznih stolpov velikosti n, ki se končajo s kombinacijo črna-črna

jasno je c(n) = 1 za n>1, ker je edina možnost, da se stvar zaključi z dvema črnima, da pred njima ni nobene bele kocke. Potem lahko rečemo še c(1)=1. Število ustreznih stolpov z n kockami je seveda

#(n) = a(n)+b(n)+1

veljata pa še enačbi

a(n+1)=#(n) -- ker smemo na vsak stolp velikosti n postaviti belo kocko
b(n+1)=a(n) -- ker smemo črno kocko postaviti samo na popolnoma črn stolp (c(n+1)=1) ali na stolp, ki se zaključi z belo kocko

Od tod hitro pridemo do rekurenčne enačbe za #:

#(n)=#(n-1)+#(n-2)+1

kar je nehomogena modifikacija Fibonaccijevega zaporedja.
Homogeniziramo tako, da odštejemo
#(n+1)-#(n)=#(n)+#(n-1)+1-#(n-1)-#(n-2)-1=#(n)-#(n-2)
Torej
#(n+1)-2#(n)+#(n-2)=0
Oziroma karakteristični polinom x^3-2x^2+1=0 z ničlami 1, (1+sqrt(5))/2, (1-sqrt(5))/2
Rešitev je torej oblike #(n)=A+B((1+sqrt(5))/2)^n+C((1-sqrt(5))/2)^n
Iz začetnih pogojev #(1)=2, #(2)=4, #(3)=7 dobimo A=-1, B=1+2/sqrt(5), C=1-2/sqrt(5)

1: 7

Zgodovina sprememb…

  • spremenilo: joze67 ()

Volta ::

Hvala za odgovor! Mi lahko prosim napišeš še postopek za 1. nalogo? :)

joze67 ::

Ta je skorajda trivialna - pod pogojem seveda, da nisem upilil 100% mimo.

Namreč, en igralec je na eni tekmi v isti vrsti - torej v paru - s štirimi drugimi. Potrebujemo vsaj 3.5 tekme, da je v paru z vsemi ostalimi 14. Torej 7, da je z vsakim v paru 2x.

Volta ::

Kaj pa če se določeni pari pojavijo večkrat v isti vrsti medtem ko kombiniramo? Kaj nam garantira, da se pojavijo po 7 poizkusih natanko 2x in to v vseh treh vrstah? Še vedno mi ni jasno :)

joze67 ::

Naloga tako pravi.
..., če vsak par tekmovalcev natanko dvakrat stoji v isti vrsti?

Če bi bilo tekem manj kot 7, bi prvi (v resnici katerikoli) ne nastopal v dovolj parih, da bi lahko z vsakim bil 2x. Če bi tekem bilo več kot 7, bi vsaj z enim moral nastopiti vsaj 3x.

Skratka, edino upanje nam je 7 tekem. Kako pa se morajo ob vsaki tekmi postaviti; koliko je sploh rešitev in še kaj, to so vprašanja konstrukcije (in eksistence) in presegajo okvir te naloge.

ta_ki_tke ::

Skrb za lep jezik se pri matematikih nehote rada izrodi v svoje nasprotje. Ker se vsake odvečne besede matematik boji kot hudič križa, kot da bi moral za vsako odšteti cekin (najbrž za vsako baranta sam s sabo, ali je potrebna in ali je zadostna), se tudi na
matematičnih tekmovanjih redno pojavljajo nejasno zastavljene naloge, očitno pa tudi na izpitih. Tale je prav lep primer za to:

1. Vsakega izmed n tekmovanj se udeleži 15 istih tekmovalcev. Na startu se vedno postavijo v 3 enakoštevilčne vrste. Koliko tekmovanj je na sporedu, če vsak par tekmovalcev natanko dvakrat stoji v isti vrsti?

Na startu se vedno postavijo v 3 enakoštevilčne vrste.

Če je s tem mišljeno v 3 vrste po 5 tekmovalcev, je tako besedilo primerno kvečjemu za prvi razred osnovne šole, kjer je deljenje 15 s 3 nekakšen podvig, pri izpitu iz kombinatorike na fakulteti za matematiko pa lahko samo zavaja, razumemo ga lahko recimo takole:
na vsakem tekmovanju se postavijo v tri vrste, ki so vselej enake (npr. vselej v 1. vrsti sedem, v 2. pet in v 3. vrst trije tekmovalci).

Vsak par tekmovalcev natanko dvakrat stoji v isti vrsti.

To lahko pomeni, da nastopi par AB v vsaki vrsti dvakrat (ista vrsta je vsakič druga), ali pa res (z veliko dobre volje) to, kar je nalogodajalec v resnici želel povedati in kar je Jože67 v svoji razlagi tudi razumel: 1)tekmovalec je v paru z vsakim, ki je z njim v isti vrsti; 2) vsak par se pojavi natanko na dveh tekmovanjih.

Skratka, skoparjenje z besedami v besedilu nalog ni odlika. Matematiki si res bolj kot vsi drugi prizadevajo za lepo slovenščino, očitno pa je treba na tekmovanja za Vegova priznanja in na takele izpite gledati kot na kovačevo kobilo.

Pri drugi nalogi pa je sploh uganka, kaj hoče povedati s stavkom 'Med kockami iste barve ne ločimo'.

Pa še drugačna rešitev 1. naloge:
Iz 15 elementov je mogoče sestaviti 15x14/2=105 parov. Ker vsak par nastopi natanko 2x, je to 2x105=210 nastopov parov. V eni vrsti nastopa naenkrat 5x4/2=10 parov, na enem tekmovanju v 3 vrstah naenkrat 30 parov, torej potrebujemo 210/30=7 tekmovanj.

joze67 ::

Pri drugi nalogi pa je sploh uganka, kaj hoče povedati s stavkom 'Med kockami iste barve ne ločimo'.

Poudarja, da se reševalcu ni potrebno ukvarjati še s tem, katere bele in katere črne kocke je vzel. Precej standardna formulacija. Študentje so v drilu in to razumejo bp.

ta_ki_tke ::

Hvala za pojasnilo, vendar to, da študentje že vedo, za kaj gre, ne spremeni dejstva, da stavek, kot je zapisan, ne pove nič več kot 'U buj nje muj' Pike Nogavičke. Sramotno je, da se nekdo, ki bi rad druge učil logičnega mišljenja, ne zna jasno izraziti.

joze67 ::

Naloga ima svoje občinstvo. Pika Nogavička prav tako.

ramiz?! ::

malo offtopic :)
@joze67 se po eni strani strinjam, ampak naloge v matematiki in fiziki (pri vseh naravoslovnih predmetih) morajo biti napisane kar se da nedvoumno ... npr. kar nekaj naloge iz srednješolske matematike je napisanih zelo dvoumno in če naloge ne prebere ravno učenec (pa še on je ne razume dobro) človek ne ve, a bi se jokal al poklical tistega, ki je napisal nalogo, saj ti vzame brezvezen čas, preden ugotoviš pomen in da je v resnici čisto lahka.
Never regret anything, there's always a reason things happen.

Volta ::

Se strinjam, naloge so včasih zastavljene res dvoumno - velikokrat še študentje ne vemo točno, kaj je asistent mislil z navodilom. Ampak v 2. nalogi je s tem

"Med kockami iste barve ne ločimo"

dejansko bolje obrazloženo - to pomeni, da pač med kockami iste barve ne ločimo (je torej vseeno katero npr. črno kocko vzamemo, ker so iste). Vsaj meni kot študentu to pove dovolj :) Kar pa za 1. nalogo težko rečem, kar je lepo obrazložil že ta_ki_tke.

Kar se pa tiče rešitve 2. naloge - res je edina možnost ki gre skozi, da je tekmovanj natanko 7, pod pogojem da so pari izbrani enakomerno - da se torej vsak res ponovi natanko 2x. To pač je zgleda treba privzet, če hočemo, da je naloga sploh rešljiva. Ampak dvomim da je dovoljeno rešit nalogo kar tako po logiki s pari. Sicer gre skoz, ampak mi bi naj delali to s porazdelitvami in ostalo kombinatoriko (torej binomski simbol, variacije, kombinacije, itd.) Zna mogoče kdo rešit nalogo še kako drugače?

1. naloga z rekurzijo mi pa še zdaj ni jasna. Jasno mi je, da je treba delat z rekurzijo, ker drugače ne gre rešit, ampak sam postopek mi večinoma ni jasen. Si bom moral zgleda precej bolje pogledat vse skupaj.

Še 1x hvala za vso pomoč in se priporočam še naprej! :)


Vredno ogleda ...

TemaSporočilaOglediZadnje sporočilo
TemaSporočilaOglediZadnje sporočilo
»

matematika-zaporedja (strani: 1 2 )

Oddelek: Šola
565984 (4820) lebdim
»

Matematika - FMF (strani: 1 2 )

Oddelek: Šola
8710035 (7768) sherman
»

Matematika - pomoč (strani: 1 2 3 )

Oddelek: Šola
10425700 (22275) daisy22
»

Fibonacci in čas računanja

Oddelek: Šola
81343 (1127) Pegaz
»

Naloga iz matematične indukcije

Oddelek: Šola
102377 (2026) Marc`

Več podobnih tem