题面据 IMO Shortlist 可核档案整理;中文题意为本站自译,公式请以原始来源为准。
Let be a positive integer. Harry has coins lined up on his desk, each showing heads or tails. He repeatedly does the following operation: if there are coins showing heads and , then he flips the coin over; otherwise he stops the process. (For example, the process starting with THT would be THT , which takes three steps.) Letting denote the initial configuration (a sequence of 's and 's), write for the number of steps needed before all coins show . Show that this number is finite, and determine its average value over all possible initial configurations .
令 为正整数。哈利的桌子上排列着 硬币,每枚硬币都是正面或反面。他重复执行以下操作:如果有 硬币正面朝上且 ,则将 硬币翻转过来;否则他会停止该过程。 (例如,以 THT 开始的过程将是 THT ,这需要三个步骤。)让 表示初始配置( 和 的序列),写 表示所有硬币显示 之前所需的步骤数。证明这个数字 是有限的,并确定它在所有 可能的初始配置 上的平均值。
提示 1
先决定对象是什么:集合、图、排列、颜色、路径,还是一次操作后的状态。
提示 2
找一个极端对象、双计数式、不变量,或把限制转成图上的局部条件。
提示 3
把局部限制累加成全局矛盾,或给出覆盖全部情形的构造。
完整解答
这页先给题面、题型和提示阶梯,完整证明留给读者逐步展开。2019 年 IMO Shortlist C3 可先归入组合:第一步把题设翻成对象、条件、目标三行;第二步沿提示寻找不变量、标准构型或关键变形;第三步补齐边界情形,并回到题目原要求核对。
这题适合先独立想一轮再打开提示。不要急着搜索完整解答,先问自己:题面里最硬的限制是哪一句?