Feladat: Gy.2392 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Füzet: 1987/október, 307. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Kombinációk, Szöveges feladatok, Teljes indukció módszere, Gyakorlat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1987/február: Gy.2392

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

I. megoldás. A szorzatok összege nem függ az eljárás során végrehajtott felosztások sorozatától. Esetünkben mindig 500500 az eredmény, általában, n kavics esetén pedig (n2)=n(n-1)2.
A sejtés megfogalmazása után kézenfekvő a teljes indukciós bizonyítás, csak arra kell ügyelnünk, hogy a szóban forgó összeget egyetlen kavicsra is értelmezzük, mégpedig (12)=0 alakban. Ez megfelel annak, hogy egy olyan kupac, amelyben csak egy kavics van, nem osztható tovább, így ilyenkor a szorzatösszeg 0.
Legyen most n>1 és tegyük fel, hogy az állítás igaz minden olyan m-re, amelyre 1m<n. Bontsuk az n kavicsból álló kupacot az első lépésben egy k és egy n-k elemű csoportra. (0<k<n, de k=1 lehetséges!) Az n darab kavicsra kiszámolt szorzatösszeg ekkor egyenlő az ebből az első felosztásból nyert szorzatnak, k(n-k)-nak és a k, illetve n-k elemű csoportokhoz tartozó szorzatösszegeknek az összegével. Utóbbi kettő az indukciós feltevés szerint a további felosztásoktól függetlenül (k2), illetve (n-k2), a három mennyiség összege pedig valóban (n2) minden 0<k<n esetén.
Beláttuk tehát, hogy az állítás n-re is igaz, és ezzel a bizonyítást befejeztük.

 
II. megoldás. Megmutatjuk, hogy az eljárás során éppen az n darab kavicsból készíthető párokat számoljuk össze, amelyek száma, mint ismeretes, (n2). Valóban a k-adik felosztás után kapott szorzat azoknak a pároknak a száma, amelyek elemei eddig ugyanabban a kupacban voltak és éppen most kerültek különböző kupacokba. Mivel csoportokat nem egyesítünk, ezért minden lépésnél különböző párokat számolunk meg, másfelől így minden párt megkapunk, hiszen az eljárás végén, n-1 lépés után a kupacok egyeleműek, ekkorra tehát minden egyes pár elemei különböző kupacokban vannak.