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翻动金币

2007-5-16 11:15

  将10个金币放在一个圆中,有头像的那面向上。允许两种运动:

  (1)相邻的4个金币翻一个面;

  (2)5个相邻的金币○○○○○翻为××○××。

  能否在有限次如上的运动后,所有金币都翻成背面?


  解  将10个在圆周上的金币按顺时针方向编号为1,2,…,10。我们对第i个金币加上权:若头像向上,有权O;若头像向下,有权i.金币放好后(有些头像向上,有些向下),则各金币的权的总和称为此图像的权。在约定的两种翻动下,总图像的权的变化如下:

  由于翻动第k个金币,权的改变为0àk或kà0,差为k或-k。所以模2后,变化为k。因此运动(1)给出

  i+(i+2)+(i+2)+(i+3)≡0(mod 2)

  运动(2)给出

  i+(i+2)+(i+3)+(i+4)≡0(mod 2)

  这证明了变化后,权的改变为偶数。

  另一方面,由于一开始放金币时,头像都在上。因此此图的权为0。若能经有限次运动,使得头像都向下,那么此图的权1+2+…+10=55是奇数。由于每次翻动,权作偶数次改变,从0开始,有限次后,所得图的权仍为偶数。这证明了永远不可能经有限次翻动,使金币的背面全向上。

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