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专注模式:本章所有练习题,一道接一道。

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习题 10.5.1

AMC

Jo 每天在学校都要爬一段 6 级的楼梯。Jo 每次可以爬 1 级、2 级或 3 级。例如,Jo 可以先爬 3 级,再爬 1 级,再爬 2 级。Jo 爬这段楼梯有多少种方法?

6 级台阶,每步跨 1、2 或 3 级:f(6) = 24 种方法

0123456顶
f(3) = f(2) + f(1) + f(0) = 2 + 1 + 1 = 4

每步跨 1、2 或 3 级。

f(3) = f(2) + f(1) + f(0) = 2 + 1 + 1 = 4。表格已填到第 3 级。

习题 10.5.2

AMC 10/12挑战

这道题在书中还以 3.3.14 的编号出现。

Arjun 和 Beth 玩一个游戏:两人轮流从若干堵砖墙中的某一堵“墙”上拿走一块砖或两块相邻的砖,拿走后留下的空隙可能产生新的墙。每堵墙都只有一块砖高。例如,大小为 44 和 22 的一组墙,走一步后可以变成下面任意一种:(3,2)(3, 2)、(2,1,2)(2, 1, 2)、(4)(4)、(4,1)(4, 1)、(2,2)(2, 2) 或 (1,1,2)(1, 1, 2)。

Arjun 先走,拿走最后一块砖的玩家获胜。对于下面哪一种初始局面,Beth 有必胜策略?

点击一个选项,或输入它的字母(A–E)。

习题 10.5.3(补充题)

AIME

每个字母都是 A 或 B 的 10 个字母的字符串共有 210=10242^{10} = 1024 个。求其中没有超过 3 个相同字母连在一起的字符串的个数。

A/B 字符串,相同字母至多连续 3 个。状态 f(n): 以 A 结尾; g(n): 以 B 结尾。n = 6 时共有 48 个 A/B 字符串。

n4

A/B 字符串,相同字母至多连续 3 个

f(4): 以 A 结尾 · 7

  • BBBA
  • BBAA
  • BABA
  • BAAA
  • ABBA
  • ABAA
  • AABA

g(4): 以 B 结尾 · 7

  • BBAB
  • BABB
  • BAAB
  • ABBB
  • ABAB
  • AABB
  • AAAB
f(4) = g(3) + g(2) + g(1) = 4 + 2 + 1 = 7g(4) = f(3) + f(2) + f(1) = 4 + 2 + 1 = 7n = 4 时的总数:f(4) + g(4) = 14

虚线框的列是初始值,要自己数出来。描边的格子是所选列的来源。

A/B 字符串,相同字母至多连续 3 个。f(4) = g(3) + g(2) + g(1) = 4 + 2 + 1 = 7。g(4) = f(3) + f(2) + f(1) = 4 + 2 + 1 = 7。n = 4 时的总数:f(4) + g(4) = 14。

习题 10.5.4(补充题)

AMC 12

对每个正整数 nn,设 S(n)S(n) 为只由字母 AA 和 BB 组成、长度为 nn 的序列的个数,要求连续的 AA 不超过三个,连续的 BB 也不超过三个。S(2015)S(2015) 除以 12 的余数是多少?

A/B 字符串,相同字母至多连续 3 个。状态 f(n): 以 A 结尾; g(n): 以 B 结尾。n = 16 时共有 2 个 A/B 字符串(mod 12)。

模12
n4

A/B 字符串,相同字母至多连续 3 个

f(4) = g(3) + g(2) + g(1) ≡ 4 + 2 + 1 ≡ 7g(4) = f(3) + f(2) + f(1) ≡ 4 + 2 + 1 ≡ 7n = 4 时的总数:f(4) + g(4) ≡ 2(mod 12)

模 12 时,总数每 52 列重复一次。

虚线框的列是初始值,要自己数出来。描边的格子是所选列的来源。

A/B 字符串,相同字母至多连续 3 个。f(4) = g(3) + g(2) + g(1) ≡ 4 + 2 + 1 ≡ 7。g(4) = f(3) + f(2) + f(1) ≡ 4 + 2 + 1 ≡ 7。n = 4 时的总数:f(4) + g(4) ≡ 2(mod 12)。

习题 10.5.5(补充题)

AIME

对整数 1,2,…,n1, 2, \ldots, n 的一个排列 a1,a2,…,ana_1, a_2, \ldots, a_n,如果对每个 1≤k≤n−11 \le k \le n-1 都有 ak≤ak+1+2a_k \le a_{k+1} + 2,就称它是准递增的。例如,5342153421 和 1425314253 是整数 1,2,3,4,51, 2, 3, 4, 5 的准递增排列,而 4512345123 不是。求整数 1,2,…,71, 2, \ldots, 7 的准递增排列的个数。

1 到 7 的排列,每一项至多是后一项 + 2,把最大的数插入较小的数的合法排法来构造:T(7) = 486

从左到右 · 5 可以放在哪里?

1234
5 个位置中,有 3 个可以放 5。

1, 2, 3, 4。5 个位置中,有 3 个可以放 5。

习题 10.5.6(补充题)

AIME挑战

下图是一个由六个小区域组成的圆环,你要把它画在墙上。你有四种颜色的颜料,每个区域涂成一种纯色。如果相邻的两个区域不能涂相同的颜色,求涂色方法的种数。

习题 10.5.7(补充题)

AMC 12挑战

设 △A0B0C0\triangle A_0B_0C_0 是一个三个角恰好为 59.999∘59.999^\circ、60∘60^\circ 和 60.001∘60.001^\circ 的三角形。对每个正整数 nn,定义 AnA_n 为从 An−1A_{n-1} 向直线 Bn−1Cn−1B_{n-1}C_{n-1} 所作的高的垂足。类似地,定义 BnB_n 为从 Bn−1B_{n-1} 向直线 An−1Cn−1A_{n-1}C_{n-1} 所作的高的垂足,CnC_n 为从 Cn−1C_{n-1} 向直线 An−1Bn−1A_{n-1}B_{n-1} 所作的高的垂足。使 △AnBnCn\triangle A_nB_nC_n 为钝角三角形的最小正整数 nn 是多少?

习题 10.5.8(补充题)

AIME挑战

求 1,2,3,4,5,61, 2, 3, 4, 5, 6 的排列的个数,使得对每个满足 1≤k≤51 \le k \le 5 的 kk,排列的前 kk 项中至少有一项大于 kk。

1 到 6 的排列,对每个 k,前 k 项中至少有一项大于 k,用全部排列减去最早在 k 处不满足的排列来计数:T(6) = 461

  • k=1: 最大 6 > 1 ✓
  • k=2: 最大 6 > 2 ✓
  • k=3: 最大 6 > 3 ✓
  • k=4: 最大 6 > 4 ✓
  • k=5: 最大 6 > 5 ✓
每一项检查都通过:这个排列符合要求。

T(6) = 6! − (T(1)·5! + T(2)·4! + T(3)·3! + T(4)·2! + T(5)·1!) = 720 − 259 = ?

6, 5, 4, 3, 2, 1。每一项检查都通过:这个排列符合要求。