Feladat: 2011. évi Kürschák matematikaverseny 2. feladata Korcsoport: - Nehézségi fok: -
Füzet: 2012/február, 69 - 70. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Kürschák József (korábban Eötvös Loránd), Matematika, Additív számelméleti problémák
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2012/február: 2011. évi Kürschák matematikaverseny 2. feladata

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

Tetszőleges olyan n=x1+x2+... felbontást, amit az a(n)-ben számolunk meg, kódoljunk az alábbi módszerrel. Minden i-re írjuk fel az xi kettes számrendszerbeli alakját (az i-edik sorba xi-t írva) úgy, hogy a legnagyobb helyiértéken álló számjegyek egymás alá kerüljenek. Mivel a 2k-1 szám kettes számrendszerbeli alakja pontosan k db egyesből áll, a kapott felírásban kizárólag egyesek fognak szerepelni, és az egyesekből álló sorok hossza lefelé haladva nem csökken. Ebben a felírásban minden egyeshez egy jól meghatározott érték tartozik: ha egy egyestől jobbra további egyes található, akkor az adott egyes értéke pontosan 2. A felírásból adódóan a kódolásból úgy olvasható ki az xi, hogy az i-edik sorban álló egyesek értékét összeadjuk.
Ha a most felírt kódolásban oszloponként adjuk össze a felírt egyesek értékét, akkor egy n=y1+y2+... felbontást kapunk, ahol yi jelöli a jobbról az i-edik oszlopban álló egyesek összértékét. Világos, hogy yi+12yi, hiszen yi minden egyesétől balra áll egy yi+1-hez tartozó egyes, ami pontosan kétszer annyit ér, mint a tőle jobbra álló. Ez azt jelenti, hogy az n=y1+y2+... felbontást b(n)-ben számoltuk meg. Azt kaptuk, hogy minden a(n)-ben leszámolt felbontáshoz tartozik egy jól meghatározott b(n)-ben leszámolt felbontás.
A továbbiakban azt igazoljuk, hogy a fenti transzformáció kölcsönösen egyértelmű megfeleltetés a kétféle típusba tartozó felbontások között. Ezt pedig úgy mutatjuk meg, hogy minden b(n)-ben leszámolt n=y1+y2+... felbontáshoz konstruálunk egy a(n)-ben leszámolt n=x1+x2+... felbontást, amit a fenti transzformáció pontosan az n=y1+y2+... felbontásba visz.
Legyen tehát adott egy b(n)-ben leszámolt n=y1+y2+... felbontás. A jobb szélső oszlopban helyezzünk el y1 db egyest egymás felett. Ha már elkészítettünk i oszlopot, akkor ezektől balra úgy konstruáljuk meg az (i+1)-edik oszlopot, hogy az i-edik oszlop minden egyese mellé balról írunk egy egyest, továbbá még yi+1-2yi további egyest írunk ezen egyesek fölé. Ez yi+12yi miatt mindig megtehető. Világos, hogy ha most minden egyesnek a fent definiált értéket adjuk, akkor a j-edik oszlopbeli egyesek összértéke pontosan yi lesz minden értelmes i-re. Ha pedig a felírt egyeseket soronként olvassuk ki kettes számrendszerbeli számokként, akkor ezen számok az n-nek egy a(n)-ben leszámolt x1+x2+... felbontását adják, amit (a konstrukció miatt) a fent leírt transzformáció pontosan az n=y1+y2+... felbontásba visz. Mi pedig éppen ezt akartuk bizonyítani.  

 
Megjegyzés. A megoldás rámutat arra is, hogyan keletkezett a feladat. A jól ismert Ferrers-diagram konjugálásának mintájára teremtünk bijekciót a kétféle partíciótípus között azzal a különbséggel, hogy míg a Ferrers-diagramban minden jel értéke 1, ez a feladatban egy kettőhatvány, ami a diagramból egyértelműen kikövetkeztethető. Ha tehát Ferrers-diagramként (azaz ,,egyes számrendszerben'') értelmezzük az
11111111111111
reprezentációt, akkor az a 14=1+3+3+7 partíciót jelenti, aminek konjugáltja a
14=1+1+1+1+3+3+4.
Ugyanez a diagram a feladatbeli kódolás szerint az a(n)-ben leszámolt 142=1+7+7+127 partíciót kódolja, amihez a b(n)-ben leszámolt
142=1+2+4+8+18+36+73
partíció tartozik.