Cím: Az igazmondó, a hazug és a kiismerhetetlen emberekről
Szerző(k):  Csirmaz László 
Füzet: 1981/április, 149 - 150. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Szakmai cikkek

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Az F. 2255 feladathoz fűzött megjegyzésben megemlítettük, hogy Ruzsa Imre igazolta, hogy a feladat feltételei mellett annak eldöntésére, hogy ki hová való, legalább 5N/4 kérdésre szükség van. Később Fred Galvin bizonyította, hogy általában 4N/3 kérdésnél kevesebb sem elegendő, végül a cikk szerzője, P. Blecher mutatta meg, hogy a fentebb ismertetett megoldásban a kérdések száma már nem csökkenthető tovább; kevesebb kérdéssel, akárhogyan is teszi fel azokat a feladattal megbízott matematikus, nem mindig tud célhoz jutni. Pontosabban, a tudósok megismeréséhez legalább q=3k+1 kérdés szükséges, ha N=2k+2, páros szám, és legalább q=3k kérdés, ha N=2k+1, páratlan szám.
E két állítás közül elegendő csak az elsőt igazolnunk. Valóban, tegyük fel, hogy N=2k+1 tudóst legfeljebb q<3k kérdéssel meg tudunk ismerni. Ha a konferencián 2k+2 tudós vesz részt, akkor bármely tudóst elhagyva, a megmaradt 2k+1 tudós többsége is piripócsi lesz. Róluk a feltevésünk szerint q kérdéssel megtudhatjuk, ki honnan jött. Ezután a 2k+1 tudós közül egy piripócsitól megkérdezzük, hogy a kihagyott 2k+2-edik tudós honnan jött. Így a 2k+2 tudós szülőhelyét legfeljebb q+1<3k+1 kérdéssel tisztázhatjuk. Ez viszont ellentmond annak, hogy 2k+2 tudós megismeréséhez legalább 3k+1 kérdést kell feltennünk.
Képzeljük most el, hogy az A matematikus azt állítja, hogy ő tud egy olyan eljárást, amely N=2k+2 tudós esetén q<3k+1 kérdéssel eldönti, hogy ki hol született. B nem hiszi, hogy ez az eljárás jó, és meg akarja mutatni A-nak, hogy tévedett. Hogyan fogjon hozzá? A-nak az az érdeke, hogy a tudósokat minél hamarább megismerje, B viszont azt akarja, hogy A-nak ez ne sikerüljön. A azt állítja, hogy mindig el tudja érni a célját, s így el kell fogadnia B következő ajánlatát:
,,Állítsuk sorba az N=2k+2 tudóst. Ha a sorban az i-edik tudóst akarod megkérdezni arról, hogy a j-edik honnan jött, akkor ezt tőlem kérdezed meg, és én fogok válaszolni az i-edik tudós helyett. Összesen legfeljebb 3k kérdést tehetsz fel, és azt állítom, hogy válaszaim alapján legalább egy tudósról nem tudod eldönteni, hogy honnan jött. Vagyis lesz olyan tudós, hogy vele együtt legfeljebb k nekeresdi vesz részt a kongresszuson, és az a tudós akár piripócsi, akár nekeresdi, a piripócsiak által adott válaszok mindig igazak lesznek.''
Miután A elfogadta B-nek ezt, az ajánlatát, lássuk, B hogyan válaszol A kérdéseire. B először is lerajzol N pontot, P1,P2,...,PN-et. Azután A első k-1 kérdésére mindig azt feleli, hogy ,,nekeresdi'', továbbá ha A az i-edik tudást kérdezte a j-edikről, akkor a Pi és a Pj pontokat egy (másik ponton át nem menő) vonallal ‐ éllel ‐ összeköti. Ezzel a k-1 kérdés után egy gráfot kap, melyben P1,P2,...,PN a csúcspontok, és melyben összesen k-1 él van. Jelöljük H-val azoknak a csúcspontoknak a halmazát, melyekből nem indul (és melyekbe nem érkezik) él. A többi csúcsot szétosztjuk a G1,G2,...,Gs részbe úgy, hogy ha ij, akkor Gi-beli és Gj-beli csúcs között nem fut él, de egy Gi-n belül bármely csúcsból bármely csúcsba a behúzott élek mentén el lehet jutni. (A G1,G2,...,Gs gráfokat a nagy gráf komponenseinek nevezzük.)
Legyen a Gi részhalmazban ci csúcs, és ei él. Mivel Gi-ben bármelyik csúcsból bármelyikbe el kell tudnunk jutni, azért ciei+1; s mivel az egész gráfban összesen k-1 él van, azért

c1+c2+...+cse1+e2+...+es+s=k-1+s,(*)
így tehát H-ban legalább N-(k-1+s)=2k+2-k+1-s=k+3-s pont van.
Ezek után B eldönti, hogy melyik tudós honnan jött. Azok a tudósok, akiknek megfeleltetett pont H-ba esik, legyenek piripócsiak; továbbá legyen minden Gi-ben egyetlen olyan pont, melynek megfeleltetett tudós piripócsi, s az összes többinek megfeleltetett tudós nekeresdi. Ezzel a nekeresdiek száma (*) alapján
(c1-1)+(c2-1)+...+(cs-1)-1.
Mivel a kongresszuson N=2k+2 tudós vesz részt, azért a nekeresdiekből k is lehet, így később az egyik, most piripócsinak kikiáltott tudóst B még átköltöztetheti Nekeresdre.
A-nak a ,,második fordulóban'' még 2k+1 kérdés áll rendelkezésére. B ezekre a kérdésekre az ,,igazságot'' fogja felelni a következő módon. Ha egy tudósra A ebben a fordulóban többször kérdez rá, B mindig ugyanazt válaszolja. Amikor először kérdezi, hogy hova való és a tudósnak megfeleltetett pont H-ba esik, akkor B válasza ,,piripócsi''. Ha A olyan tudósról kérdez, akinek pontja, mondjuk Gi-be esik, akkor B válasza attól függ, van-e még ezen kívül Gi-ben olyan pont, amelynek megfeleltetett tudósról A még nem érdeklődött a második fordulóban. Ha van, akkor B válasza ,,nekeresdi'', mert a Gi-hez tartozó egyetlen piripócsi tudóst majd azok közül jelöli ki, akikről A még nem érdeklődött. De ha ilyen már nincs, akkor B válasza ,,piripócsi''.
A-nak 2k+1 kérdés áll rendelkezésére, a kongresszuson viszont N=2k+2 tudós vesz részt. Így feltétlenül lesz olyan tudós, akiről A a második fordulóban nem kérdezett. S a neki megfeleltetett pont akár H-ban van, akár valamelyik Gi-ben, s a tudós akár Piripócsról, akár Nekeresdről jött, a piripócsiak által adott válaszok mindig megfelelnek a valóságnak. Így A nem tudta eldönteni, hogy ez a tudós honnan jött, s ezzel B meggyőzte A-t ‐ és feltehetően az olvasót is ‐, hogy N=2k+2 tudós esetén 3k+1-nél kevesebb kérdéssel nem juthat célhoz.