Feladat: 2008. évi Nemzetközi Matematika Diákolimpia 22. feladata Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Eisenberger András 
Füzet: 2008/október, 393. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Számhalmazok, Konstruktív megoldási módszer, Számsorozatok, Nemzetközi Matematikai Diákolimpia
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2008/szeptember: 2008. évi Nemzetközi Matematika Diákolimpia 22. feladata

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

Eisenberger András megoldása. N/M=2k-n.
Alkossunk egy megfeleltetést úgy, hogy minden M-beli sorozatot 2k-n db N-belinek feleltetünk meg úgy, hogy minden N-belit pontosan egyszer kapjunk meg.
Vegyünk egy M-beli m sorozatot. (Ebben a sorozatban tehát 1-től n-ig minden lámpát páratlan sokszor kapcsoltunk át.) Induljunk el sorban a sorozat lépésein. Amikor olyan lámpát kapcsolnánk át (legyen az i. lámpa), amit m szerint még egy későbbi lépésben is kapcsolunk majd, akkor kétféleképp folytathatjuk: az i. lámpát vagy az (n+i). lámpát kapcsoljuk, ezután tovább megyünk a következő lépésre. Ha nem ilyen a lépés, tehát m-ben már többször nem kapcsolnánk ezt a lámpát, akkor megnézzük, hogy eddig hányszor kapcsoltuk az i. lámpát. Ha páros sokszor, akkor most is az i. lámpát kapcsoljuk, ha páratlan sokszor, akkor az (n+i). lámpát (itt tehát nincs választásunk). Ezzel a módszerrel a végén az i. lámpa biztosan be lesz kapcsolva, az (n+i). pedig biztosan ki, mivel az eredeti sorozatban és most is az i. páratlan sokszor szerepelt, így most az (n+i). lámpát biztosan páros sokszor kapcsoltuk. Mindamellett az eredeti sorozathoz hasonlóan k lépést hajtottunk végre, ezért az így kapott sorozat N eleme.
A sorozat alkotása során az első n lámpát legalább egyszer kapcsoltuk, így n olyan lépés volt, amikor valamelyiket utoljára kapcsoltuk, tehát a maradék (k-n) lépés volt az a fajta, ahol választásunk volt. Vagyis az M minden eleméhez az N-nek 2k-n elemét rendeltük. Már csak azt kell megmutatnunk, hogy N minden elemét pontosan egyszer kaptuk meg. Ez azért igaz, mert ha veszünk egy sorozatot N-ből, és minden olyan kapcsolás helyett, ahol az (n+i). lámpát kapcsolnánk, az i. lámpát kapcsoljuk, akkor megkapjuk M-nek azt az egyetlen sorozatát, amiből ezt az N-beli sorozatot kaphatjuk. És az is egyértelmű, hogy melyik döntésnél hogyan kell dönteni ahhoz, hogy ezt kaphassuk.