Feladat: B.4901 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Füzet: 2018/március, 155 - 156. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Feladat, Gráfelmélet, Teljes indukció módszere, Konstruktív megoldási módszer
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2017/október: B.4901

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

Jelölje B1 azoknak a törpöknek a halmazát, akik a legelső napon (a járvány kitörésekor) betegek. Legyen továbbá B2 azoknak a halmaza, akiket a B1-beli törpök (az 1. napon) megfertőznek; nyilván a B2 és a B1 halmazok diszjunktak. Jelölje ezután B3 azon törpök halmazát, akik a 3. napra megbetegednek; ez csak úgy történhet, hogy a 2. napon megfertőződtek B2-beli barátaiktól (hiszen akkor csak azok voltak betegek). Értelemszerűen a B3 és a B2 halmazok diszjunktak; megmutatjuk, hogy ráadásul B3B1-től is diszjunkt. Ez abból következik, hogy a 2. napon minden B1-beli törp immunis volt, így akkor nem fertőződhetett meg ‐ tehát nem tartozhat B3-ba.
Hasonlóan definiáljuk a B4,B5,... halmazokat: minden j-re legyen Bj azoknak a törpöknek a halmaza, akik a j-edik napon betegek. Nyilván a Bj-beliek a Bj-1-hez tartozó barátaiktól kapták a fertőzést a (j-1)-edik napon. Megmutatjuk, hogy a B1,B2,B3,B4,...,Bj halmazok páronként diszjunktak. A j=1,2,3 értékekre ez világos; tegyük fel, hogy igaz minden j<n-re. Vizsgáljuk ezután Bn státuszát. A Bn-nek és a Bn-1-nek nincs közös eleme, hiszen az (n-1)-edik napon beteg Bn-1-beli törpök az n-edik napon éppen egészségesek (sőt, immunisak), ezért egyikük sem tartozhat Bn-be. Mivel az (n-1)-edik napon Bn-2 elemei immunisak, azért egyikük sem betegedik meg aznap, vagyis az n-edik napon valamennyien egészségesek; tehát Bn és Bn-2 is diszjunktak.
A Bn-nek a B1,B2,...,Bn-3 halmazokhoz való viszonyát tisztázandó tegyük fel indirekten, hogy valamelyikükhöz nem diszjunkt; legyen 1kn-3 olyan érték, amelyre Bn-nek és Bk-nak létezik egy közös T eleme. Jelölje S az egyik olyan elemét Bn-1-nek, akitől az (n-1)-edik napon T megfertőződött. Az indukciós feltevés szerint S sem Bk-nak, sem pedig Bk-1-nek nem eleme, azaz a k-adik napon nem beteg és nem is immunis. Így azonban S-et a k-adik napon megfertőzi beteg barátja T, ezért a (k+1)-edik napon S beteg lesz, vagyis SBk+1. Ebből következik, hogy Bn-1 és Bk+1 nem diszjunktak, ami k+1<n-1<n és az indukciós feltevés szerint lehetetlen. Ezzel állításunk n-re is teljesül, tehát j minden értékére igaz.
Ha E-vel jelöljük azoknak a törpöknek a halmazát, akik sosem kapják el a betegséget, akkor az E, B1, B2, ... ‐ páronként diszjunkt ‐ halmazok egyesítése a 100 lakosból álló teljes Törpfalva. Ha a B1,B2,...B100 halmazok egyike sem üres, akkor B101 már szükségképpen az; ha pedig valamelyikük üres, akkor az utána következő többi is. A 101-edik napon tehát semmiképpen nincs beteg, a járvány véget ér.