一道高中数学竞赛题 关于概率的 急!一小时内回答出来20分阿阿阿

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  • 即使是四边形,楼上的也不对.楼上只看到了“至少有一个相同”,却没有看到“任意相邻两个顶点”.题目要求随便拿两个相邻顶点出来,它们都满足这个条件:数字或者颜色中至少有一个相同.

    这道题目需要分奇偶两种情况,用数学归纳法来做.

    答案是:假设该正边形有n个边,当n为偶数时,有12*7^[(n-2)/2]种;当n为奇数时,有4*7^[(n-1)/2]种.

    对偶数情况的证明:当n=2时,第1个顶点有2*2=4种情况,不论何种情况下,第2个顶点都有3种可能,因此共有4*3=12种情况.

    详细分析如下:

    我们用a代表0和1中的任意1种,而b代表另外1种(你在做的时候可以用“非a”代替,可能会更清楚一些),用x代表红、蓝中的任意1种,而y代表另外一种.如果一个顶点数字是a、颜色是x,我们用ax表示这个点的状态.

    第1个顶点有4种情况就不分析了,很容易看出来.假如第1个顶点的状态是ax,则第2个顶点不可以是by,可以是ax、ay、bx中任意一种,也就是说,不管第1个顶点的状态是怎样的,第2个顶点都有3种情况,因此总共有4*3=12种情况.

    而12*7^[(n-2)/2]=12*7^0=12,因此n=2时公式成立.

    假设n=2k(k为自然数)时公式成立,则当n=2k+2时,我们可以想象一下,任意选取一个符合题目要求的2k边形的两个相邻顶点M和N,与一条新增线段PQ的两端相连,即新增2个顶点和2条边(本来是M、N相邻,新增两个顶点后变成MP相邻、PQ相邻、QN相邻).

    因为M和N至少有一个状态相同,我们先假定它们有且只有一个状态相同,并假定它们的状态分别是ax和ay,那么P的状态可以是ax、ay、bx中的任意一种,Q必须和P、N(ay)都有相同的状态.

    P为ax时,结合N为ay,可以分析出,Q可以是ax、ay两种情况

    P为ay时,Q可以是ay、ax、by三种情况;

    P为bx时,Q可以是by、ax两种情况.

    因此,当M、N有且仅有一个状态相同时,P和Q有7种情况(2+3+2).

    同理可以分析,当M、N的状态完全相同时(可以假定二者都是ax),P、Q也有7种情况.

    因此,当n=2k+2时,共有12*7^[(2k-2)/2] *7=12*7^[(2k+2-2)/2],可见当n=2k+2时公式也成立.

    根据数学归纳法,n为任意偶自然数时,公式均成立.

    (注:题目中写的是正边形,因此n应该是不小于3的,因此严格来说上述分析是错的,不应该从2开始分析而应该从4开始分析,但是考虑到n=4时稍微繁琐一些,因此才从n=2开始分析,只要道理懂了,要从4开始分析也是很容易的.)

    对奇数情况的证明:

    n=3时,设三个顶点分别是M、P、Q.假设M的状态是ax(共有2*2=4种情况),则P的状态可以是ax、ay、bx三种.下面分情况考虑Q的状态(Q必须与M、P各至少有一个状态相同).

    当P为ax时,Q可以是ax、ay、bx三种;

    当P为ay时,Q可以是ax、ay两种;

    当P为bx时,Q可以是ax、bx两种.

    因此,在M状态已知的情况下,P、Q可以有7种情况.

    因此,n=3时共有4*7=28种情况.公式成立.

    下面继续用数学归纳法证明,若n=2k+1时公式成立,则n=2k+3时公式也成立,从而证明n为不小于3的奇数时,公式恒成立.具体过程就不写了,和偶数情况完全相同.