57 школа, 8 клас
10 ноября 2000 г.

Индукция

    Задача. Доказать, что любое число квадратов равносоставлено одному квадрату, то есть любые несколько квадратов можно разрезать на части так, что из всех полученных частей можно будет сложить один квадрат.

    Эту задачу можно решать "по индукции".

    1) Один квадрат равносоставлен самому себе (ничего разрезать не требуется).

    2) Пусть даны два квадрата. Меньший квадрат (на рисунке заштрихован) не будем разрезать, а больший (в крапинку) разрежем двумя прямыми на четыре равных четырeхугольника.

  1. Пусть меньший квадрат имеет сторону a, больший квадрат —  сторону b. Через какие точки на сторонах большего квадрата нужно провести разрезы, чтобы из пяти полученных частей можно было сложить квадрат?

    3) Пусть даны три квадрата. Воспользуемся пунктом 2: разрежем два квадрата на части, из которых сложим новый квадрат. Теперь у нас есть два квадрата: один новый и один старый. Далее поступаем как в пункте 2.

    4) Пусть даны четыре квадрата. Воспользуемся пунктом 3: разрежем три квадрата на части, из которых сложим новый квадрат. Теперь у нас есть два квадрата: один новый и один старый. Далее поступаем как в пункте 2.

    ...

    n) Пусть даны n квадратов. Воспользуемся пунктом (n-1): разрежем (n-1) квадрат на части, из которых сложим новый квадрат. Теперь у нас есть два квадрата: один новый и один старый. Далее поступаем как в пункте 2.

    Не очень легко понять, на какие именно части оказался в результате разрезан каждый из исходных квадратов...

  2. Докажите, что если из квадрата (2n на 2n) вырезать любую одну клетку, то полученную фигуру можно будет разрезать на уголки из трех клеток.

  3. Докажите, что если (x + 1/x) —  целое число, то и (xn+ 1/xn) —  целое число.

  4. Докажите неравенство Бернулли: если 0 <= p <= 1, то (1 - p)n <= 1 - np при любом натуральном n.

  5. а) Что больше: 1/(n+1) + 1/(n+2) + ... + 1/(2n) или 1/2?
    б) Верно ли, что при любом n сумма 1/(n+1) + 1/(n+2) + ... + 1/(2n)
    равна сумме 1 - 1/2 + 1/3 - 1/4 + ... + 1/(2n-1) - 1/(2n)?
    в) Усталый кузнечик делает первый прыжок длиной 1 м, второй —  длиной 1/2 м, третий —  длиной 1/3 м, и т. д. Верно ли, что каково бы ни было натуральное N, кузнечик сможет упрыгать дальше чем на N метров от своего дома?

    Первые два числа Фибоначчи равны единице, и каждое число Фибоначчи, начиная с третьего, равно сумме двух предыдущих. Обозначим n-ое число Фибоначчи через un.

  6. а) Вычислите u12.
    б) При каких n число un чeтно?
    в) Докажите, что u1 + u2 + ... + un = un+2 - 1.
    г) Докажите, что при n>5 справедливо неравенство 1,6n-2 < un <1,7n-2
    д) Могут ли два соседних числа Фибоначчи делиться на 1999?
    е) Существует ли число Фибоначчи, делящееся на 1999?
    ж) Телеграфист передаeт сообщения длины n, состоящие из точек и тире. Найдите количество таких сообщений, не содержащих двух подряд идущих тире.
    з) Докажите, что всякое натуральное число N имеет единственное представление в виде суммы
    N = a2u2 + a3u3 + ... + anun, где каждое ai равно 0 или 1 и aiai+1 = 0 при i = 2, ..., n-1.
    и) В строчку записали по порядку натуральные числа: 1, 2, ..., n. Сколькими способами можно переставить эти числа так, чтобы каждое из них удалилось не более чем на одну позицию от своего исходного места?

  7. Упростите выражение (замените выражение с многоточием равным ему выражением без многоточия):
    а) u1 + u3 + ... + u2n-1
    б) u2 + u4 + ... + u2n
    в) u1 - u2 + u3 - u4 + ... - u2n
    г) (u1)2 + (u2)2 + ... +(un)2
    д) u1u2 + u2u3 + u3u4 + ... + u2n-1u2n
    е) nu1 + (n-1)u2 + ... + 2un-1 + 1un
    ж) u1 + 2u2 + ... + nun
    з) u3 + u6 + ... + u3n

  8. а) Докажите, что un+k = un-1uk + unuk+1
    б) Выразите u2n через un-1, un, un+1
    в) Выразите u3n через un-1, un, un+1
    г) Верно ли, что если n делится на k, то un делится на uk?

  9. а) Найдите все пары целых чисел x, y такие, что x2 = 2y2.
    б) Найдите все тройки целых чисел x, y, z такие, что x2 + y2 + z2 = 2xyz.

  10. На какое наибольшее число частей могут разбивать
    а) плоскость n прямых?
    б) пространство n плоскостей?

  11. Ханойские башни. 3-пирамидка состоит из горизонтальной основы, на которой закреплены 3 вертикальных стержня. В начале игры на один из стержней надето n колец разных диаметров, диаметры колец возрастают сверху вниз. За одно действие разрешается снять верхнее кольцо с любого стержня и переложить на любой другой стержень. Единственное ограничение — большее кольцо нельзя класть на меньшее.
    а) Удастся ли переставить все кольца с одного стержня на другой?
    б) За сколько действий Вы смогли бы это сделать?
    в) Какое минимальное количество действий необходимо для этого?
    г) Элементарное действие с 3-пирамидкой — это перекладывание одного колечка. Такое действие полностью определяется номером стержня, состояние которого не меняется. (Почему?) Назовeм этот стержень "третьим лишним". Опишите последовательность "третьих лишних" в Вашем алгоритме.

  12. Назовeм (n, k, L) тройкой Рамсея, если в собрании из L человек заведомо найдутся либо n попарно знакомых, либо k попарно незнакомых.
    а) Докажите, что в собрании из шести человек заведомо найдутся либо трое попарно знакомых, либо трое попарно незнакомых.
    б) Можно ли утверждать то же самое о собрании пяти человек?
    в) Найдите L, такое что (2, n, L) —  тройка Рамсея.
    г) Правда ли, что (3, 4, 10) — тройка Рамсея?
    д) Правда ли, что (3, 4, 9) — тройка Рамсея?
    е) Правда ли, что (3, 4, 8) — тройка Рамсея?
    ж) Пусть (n-1, k, А) и (n, k-1, В) —  тройки Рамсея. Докажите, что (n, k, А+В) —  тройка Рамсея.
    з) Теорема Рамсея. Для любых n и k существует L, такое что (n, k, L) —  тройка Рамсея.