W ile kroków można znaleźć fałszywe monety

Permutacje. Kombinacje. Wariacje. Rozmieszczanie kul w urnach. Silnie i symbole Newtona. Przeliczanie zbiorów. Funkcje tworzące. Teoria grafów.
Thingoln
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 133
Rejestracja: 27 lip 2019, o 22:19
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: Warszawa
Podziękował: 52 razy
Pomógł: 15 razy

W ile kroków można znaleźć fałszywe monety

Post autor: Thingoln »

Witajcie. Na początku chciałbym zaznaczyć, że zastanawiałem się, w jakim dziale umieścić ten temat, więc jeśli istnieje dla niego odpowiedniejsze miejsce, byłbym wdzięczny za przeniesienie.
Dwa dni temu odbył się II etap JTM, na którym pojawiło się następujące zadanie:
Wśród \(\displaystyle{ 3^{22}}\) monet dwie są fałszywe, a pozostałe prawdziwe. Wszystkie monety prawdziwe są tej samej wagi, również obie fałszywe są tej samej wagi, ale mniejszej niż waga prawdziwych. Mamy do dyspozycji wagę szalkową. Wyznaczyć najmniejsze \(\displaystyle{ k}\), dla którego istnieje ciąg \(\displaystyle{ k}\) ważeń gwarantujący wykrycie fałszywych monet.
Niestety nie byłem w stanie dojść do rozwiązania. Wyszedłem oczywiście od najprostszego, liniowego sprawdzenia po kolei wszystkich monet, a potem starałem się znaleźć jakieś bardziej optymalne rozwiązanie. Pomyślałem nad dzieleniem zbioru tych monet na dwa zbiory o tej samej liczbie monet (i ewentualnie pozostałą jedną monetę w przypadku nieparzystej ich wartości wyjściowej) i porównywanie tych dwóch zbiorów na szalce aż do uzyskania stanu nierównowagi. Byłbym wdzięczny za jakąś wskazówkę, jak się w ogóle zabrać do takiego zadania i co jest w nim istotnego, na co warto by było zwrócić uwagę. Z góry dziękuję za pomoc. :)
Awatar użytkownika
kerajs
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 8585
Rejestracja: 17 maja 2013, o 10:23
Płeć: Mężczyzna
Podziękował: 307 razy
Pomógł: 3351 razy

Re: W ile kroków można znaleźć fałszywe monety

Post autor: kerajs »

Dla liczby \(\displaystyle{ 3^n}\) i jednej fałszywej monety potrzeba n ważeń. W każdym dzielę \(\displaystyle{ 3^k}\) monet na trzy części zawierające po \(\displaystyle{ 3^{k-1}}\) monet i ważę dwie z nich. Nierównowaga wskazuje na lżejszą część zawierającą fałszywą monetę, a równowaga wskazuje na część odłożoną.

Tu jednak są dwie monety. Dzieląc zestaw na trzy równoliczne części mam dwie możliwości :
a) są dwie części z fałszywymi nonetami
b) obie monety są w tej samej części
Potrzebne są dwa ważenia aby określić jedną z powyższych opcji.

1) Jeśli są dwa zastawy po \(\displaystyle{ 3^{21}}\) monet zawierające po jednej fałszywej monecie to do znalezienia podróbek potrzebuję jeszcze \(\displaystyle{ 2 \cdot 21}\) ważeń . Razem 44 ważenia.
2) Dwa ważenia wyłoniły zestaw \(\displaystyle{ 3^{21}}\) monet zawierający dwie fałszywki. Kolejne dwa ważenia wskazały dwa zastawy po \(\displaystyle{ 3^{20}}\) monet zawierające po jednej fałszywej monecie. Potrzeba \(\displaystyle{ 2+2+2 \cdot 20=44}\) ważeń.
3) cztery ważenia wyłoniły zestaw \(\displaystyle{ 3^{20}}\) monet zawierający dwie fałszywki. Kolejne dwa ważenia wskazały dwa zastawy po \(\displaystyle{ 3^{19}}\) monet zawierające po jednej fałszywej monecie. Potrzeba Potrzeba \(\displaystyle{ 4+2+2 \cdot 19=44}\) ważeń.
4) ...
...
20) 40 ważeń wyłoniło zestaw \(\displaystyle{ 3^{2}}\) monet zawierający dwie fałszywki. Kolejne dwa ważenia wskazały dwa zastawy po \(\displaystyle{ 3^{1}}\) monet zawierające po jednej fałszywej monecie. Potrzeba Potrzeba \(\displaystyle{ 40+2+2 \cdot 1=44}\) ważeń.
21) 42 ważenia wyłoniły zestaw \(\displaystyle{ 3^{1}}\) monet zawierający dwie fałszywki. Tu wystarczy jeszcze jedno ważenie aby wskazać fałszywki.

Możliwe że 44 nie jest minimalną liczbą ważeń, jednak na razie nie mam pomysłu jak ją obniżyć.
Thingoln
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 133
Rejestracja: 27 lip 2019, o 22:19
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: Warszawa
Podziękował: 52 razy
Pomógł: 15 razy

Re: W ile kroków można znaleźć fałszywe monety

Post autor: Thingoln »

Taka została też podana odpowiedź na to zadanie (przepraszam, że zapomniałem załączyć tego od razu w poście :oops:). Bardzo sprytna metoda, nie pomyślałem, że zestaw \(\displaystyle{ 3^n}\) monet można podzielić przez \(\displaystyle{ 3}\)\(\displaystyle{ n}\) razy bez reszty (a potem przypadek jest już w sumie praktycznie rozwiązany). Dziękuję za odpowiedź! Zastanawia mnie jednak, jak stwierdzić, że jest to najmniejsza liczba potrzebnych kroków, aby mieć pewność co do fałszywości tych dwóch monet. Jeśli ktoś miałby jakiś pomysł, chętnie przeczytam.
ODPOWIEDZ