作者TimcApple (肥鹅)
看板Math
标题Re: [中学] 非常难的一题,要挑战吗?(集合与计数)
时间Sun Aug 4 19:06:26 2024
※ 引述《suspect1 (阿肥)》之铭言:
: 很难勿入,连很多补习班老师都解不出来
: ( 1+3x)(1+ 3x^3)(1 + 3x^9)(1 + 3x^27)(1 + 3x^81)(1+ 3x^243) =
: 1 + b1x^a1 + b2 x^a2 + b3 x^a3 + ...........b63 x^a63
: 其中ai,bi(i=1,2.....63)都是N
: 且 a1 < a2 < ........<a63
: 则何者正确
: 1. a20 = 90
: 2. a32 = 243
: 3. b32 = 3
: 4. b1+b2+.......b63 = 4^6 -1
: 5.a1+a2+......a63 = 11648
: 答:全
这题真正需要的大前提是:分配律的乘法原理
连这个都不会,这题完全解不下去
相对来说,3进位不是必须的
然而这题毕竟有3进位比较方便,稍晚我还是会用到3进位记号
可以故意不提及3进位这个词,但整题的解法不太会变
(x1+y1)(x2+y2)(x3+y3) 爆开之後每一项都是
在第一个括号中2选1
在第二个括号中2选1
在第三个括号中2选1
因此总共会有 2x2x2 = 8 项,刚好每种可能各跑过一次
其它以此类推,例如 (a+b)(c+d+e)(p+q+r+s) 乘开会有 24 项
又例如 (x+y)(x+y) = xx + yx + xy + yy 也是 4 项
若xy可交换,中间是同类项,可以合并成 xx + 2xy + yy,但至少系数和还是 4
本题由上述原理,可知应该会有 2x2x2x2x2x2 = 64 项
按照次方大小 0 = a0 < a1 < a2 < ... < a63
可得各自系数 1 = b0, b1, b2, ..., b63
(1) 首先方便起见,我们需要为每一项给予一个 6 位数编号
对於 (1+3x^243) 的选择,选到 x^243 时第 1 位数是 1, 否则是 0
对於 (1+3x^81) 的选择,选到 x^81 时第 2 位数是 1, 否则是 0
对於 (1+3x^27) 的选择,选到 x^27 时第 3 位数是 1, 否则是 0
对於 (1+3x^9) 的选择,选到 x^9 时第 4 位数是 1, 否则是 0
对於 (1+3x^3) 的选择,选到 x^3 时第 5 位数是 1, 否则是 0
对於 (1+3x^1) 的选择,选到 x^1 时第 6 位数是 1, 否则是 0
ex: 如果分别选到 1, 1, 3x^9, 1, 3x^81, 1,会用 010100 代表这个选择
选到 3x, 3x^3, 3x^9, 3x^27, 1, 1,则用 001111 代表这个选择
因此 64 个选择刚好会是 000000 ~ 111111 共 64 个编号
(2) 编号本身有个明确的比大小方式
例如 010100 > 001111,因为第 2 位数左 1 右 0,当然是左边大
这 64 个编号,对到的次方 a0 ~ a63
比大小的顺序,刚好和编号自己的比大小顺序一致
ex: 010100 代表 x^( 0+81+ 0+ 9+ 0 +0) 次方
001100 代表 x^( 0+ 0+27+ 9+ 3 +1) 次方
显然 81 的右边,就算全取 27+9+3+1 也不会大於 81
因此有 81 会直接决定该次方比较大
上述也同时证明不会有两项有一样的次方,因次不会有同类项合并的问题
(3) 因此现在可以用高中的方式数出 a20 和 a32
a0 = 000000
a1 = 000001
a2 = 000010
a3 = 000011
...
an = 有 n 个编号比 an 还要小
比 100000 还小的编号是 0XXXXX,显然有 2x2x2x2x2 = 32 个
因此 100000 就对应 a32
这项的次方是 a32 = (243+0+0+0+0+0) = 243 次
比 010000 还小的编号是 00XXXX,有 16 个
比 000100 还小的编号是 0000XX,有 4 个
比 010100 还小的有 00XXXX 和 0100XX 两种,共 16+4 = 20 个
因此 010100 会对应 a20
这项的次方是 a20 = (0+81+0+9+0+0) = 90 次
(4) 每个编号的系数很明确,编号中有几个 1 代表选到几次系数 3
例如 100000 的系数是 b32,选到 1 次 3,那 b32 = 3
如果是 010100 那就选到 2 次 3,可知 b20 = 9
系数总和可以透过代入 x = 1 得到
於是 b0 + b1 + ... + b63 = (1+3)(1+3)...(1+3) = 4^6
(5) 由於编号位数各自对应次方,因此次方总和也不难算
1XXXXX 有 32 个,因此会有 243 * 32 次
X1XXXX 有 32 个,因此会有 81 * 32 次
以此类推可得 a0 + a1 + ... + a63
= 32 * (243+81+27+9+3+1) = 11648
这样这题就做完了
对於知道3进位的人来说,应该会知道该编号就是 an 的 3 进位记法
由於所有系数都是 0 和 1,因此在速解时 2 进位也会参与
毕竟 000000 ~ 111111 作为 2 进位记法直接对应 0 ~ 63
实际上就算不知道3进位,比较有能力的学生花时间研究,还是能搞出答案
顶多不晓得自己在做3进位,拿不出3进位的记号,导致算式很乱而已
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1F:推 arrenwu : 你在(2)里面的叙述本身就要有进位法的概念了 08/04 19:37
2F:→ arrenwu : 否则没办法得出"不会有同类项合并的问题" 08/04 19:37
3F:→ musicbox810 : 文中叙述就已经证明了不会有合并同类项 08/04 19:54