具體數學 第一章 遞迴問題

2022-05-19 05:08:52 字數 1360 閱讀 8225

1.河內塔問題

它可以與遞迴的模型天然地結合在一起。

實際問題->遞迴式->數學歸納法->通項公式

2.平面上的直線

3.jojo問題

此時可以把每個未知數取一些特殊值,代入遞迴式中。

更加通用的方法是找一些簡單的函式,令它滿足遞迴式,藉此列出方程,解出未知數的值。通過這種方式尋找未知數係數之間的聯絡,從而列出關於未知數係數的方程。

注意到有多少獨立的未知數,我們就需要列出多少組方程。

同時,解除遞迴式中一些既定的限制(進製等),可以將遞迴式推廣到更為一般的情況。

4.熱身題

問題出在「類似的」,數學歸納法只能假設\([1,k]\)內的馬是相同顏色,如果要推廣到\([2,k+1]\)的情況,則需要證明\(k+1\)號馬與前面顏色均相同。

發現對規模為\(k\)的問題,流程如下:①將\([1,k-1]\)移動到\(b\)柱;②將\(k\)移動到中間柱;③將[1,k-1]移動到\(a\)柱;④將\(k\)移動到\(b\)柱;⑤將\([1,k-1]\)移動到\(b\)柱。

設\(t_n\)為將規模為\(n\)的問題解決所需的最小步數,由此獲得遞迴式:

\[t_1=2

\]\[t_n=6t_+2,n\geq 2

\]設\(g_n=t_n+\frac\),則\(g_1=\frac,g_n=6(t_+\frac)=6g_=\frac6^n\)。

即\(t_n=\frac(6^n-1)\)。

證明:\(t_n\)一定是整數,即\(5|(6^n-1)\)。

對於\(n=1\)的情況,顯然成立。

假設對於\([1,n-1]\)均成立。\(6^n-1=6\times6^-1=(6-1)\times 6^+6^ -1\),由於對於\(n-1\)時成立,此處也成立。

顯然\(a,b\)柱上會有此類正確擺放,只需考慮中間柱。發現在③過程時,\(n\)必然在中間柱,而\([1,n-1]\)從\(b\)到\(a\),必然整體經過中間柱。

設\(t_n\)為原規則下的最小步數,\(g_n\)是將\(n\)個始末位置不確定的圓盤排好的最小步數。問題轉化為對於任意始末位置,證明\(g_n\leq t_n\)。

對於\(n=1\)的情況,若始末位置在同一根石柱,則\(g_1=0,否則\(g_1=t-1\),結論成立。

假設對於\([1,n-1]\)均成立。對於第\(n\)個圓盤,設始位置為\(x\),末位置為\(y\),中間位置為\(z\)。若\(x=y\),則\(g_n=g_\leq t_。否則,需要執行如下操作:①\([1,n-1]\)移動到\(z\),設此操作花費\(g_\);②將\(n\)移動到\(y\);③將\([1,n-1]\)移動到對應末位置,設此操作花費\(g_\)。此時\(g_n=g_+g_+1\leq 2t_+1=t_n\)。

由數學歸納法得證。

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