Условие
Богатырь И. Муромец рубится с З. Горынычем, у которого головы. Одним взмахом меча он может отсечь змею одну голову или сразу голов (конечно, если их было не меньше ). Однако, если после отсечения осталось чётное число голов, то число голов сразу же удваивается. Приведите пример, как может действовать богатырь, чтобы отрубить З. Горынычу все его головы.
Второй вариант этой задачи
На олимпиаде соседи по парте получают разные варианты. Условие второго варианта:
Геракл хочет победить Лернейскую Гидру, у которой головы. Взмахом меча Геракл может отрубить Гидре одну голову или сразу голов (конечно, если их было не меньше ). Однако, если после отсечения осталось чётное число голов, то число голов сразу же удваивается. Приведите пример, как может действовать Геракл, чтобы лишить Гидру всех голов.
Его решение и ответ — в последнем шаге разбора.
О задаче · 6 класс
Сначала попробуй сам: составь план взмахов и проверь его в модели «Победи Змея Горыныча». Она сделает каждый взмах по правилу из условия, удвоит головы, если их осталось чётное число, и запишет весь путь. Если змей застрял на одних и тех же числах или вырос, подумай, где план свернул не туда.
В 6 классе ответ — пример: последовательность взмахов, после которой не остаётся голов. В 7 классе — ответ «сможет» или «не сможет» с обоснованием.
Записать идеюЕсть запись
Личный черновик для заметок и расчётов. Он никуда не отправляется и не проверяется.
Черновик не сохраняется: текст только в этой вкладке.
Черновик изменён в другой вкладке. Твой текущий текст пока сохранён здесь, автоматическая запись остановлена.
Исследуй задачу
Самостоятельное исследованиеПобеди Змея Горыныча
Пробуй свои варианты. Разбор останется закрытым.
Исследуй задачу
Победи Змея Горыныча
Сможешь отрубить все головы? Выбирай взмахи сам — модель применит правило с удвоением, покажет, сколько голов стало, и объяснит каждый взмах.
Если модель не открылась (выключен JavaScript или страница загрузилась не полностью), условие, подсказки и разбор доступны и без неё.
Подсказка для решения без модели
Без JavaScript модель не работает. Запиши свой план взмахов на листке и после каждого взмаха проверь: сколько голов осталось, чётное ли это число и не нужно ли его удвоить.
Подсказка 1
Подумай с конца: при каком числе голов победа уже близко и удвоений можно не бояться? И посмотри, что происходит с нечётным числом голов, когда отрубаешь сразу .
Подсказка 2
Пока голов нечётное число, взмах по не вызывает удвоения и не меняет последнюю цифру. Поэтому нечётное число, которое оканчивается на , — почти победа: по десяткам доходим до одной головы. Но от по десяткам придёшь к , а из и голов не выбраться, — значит, остановись на . Последнюю цифру меняют удвоения: подумай, из какого чётного числа одной головой получается число на и как удвоениями дойти до него от .
Разобрать решение по шагам
Когда змей не растёт
Пусть сейчас у змея голов. Взмахом мы отрубаем или голов, и остаётся или . Если осталось чётное число, голов сразу становится вдвое больше.
Чётность остатка легко предсказать:
- из чётного числа отрубаем голову — остаётся нечётное, удвоения нет;
- из нечётного отрубаем голов — остаётся снова нечётное ( — чётное число, чётность оно не меняет), удвоения нет;
- в двух других случаях остаётся чётное число, и голов становится вдвое больше.
У змея головы — чётное число. Отрубим одну: — нечётное, удвоения нет. Теперь можно рубить по голов: — все эти числа нечётные, и змей не растёт.
Ловушка: три и четыре головы
Рубить по «до конца» не получится. Посмотрите на последние цифры: . Пока число нечётное, взмах по уменьшает только десятки, а последняя цифра всё время . Так мы придём к головам.
А с тремя головами беда. Отрубить нельзя, можно только одну: останется — чётное число, голов станет . Из четырёх голов — снова только одну: станет . Дальше всегда или головы, и победить уже нельзя (рисунок ниже).
Поэтому рубку по остановим раньше — на головах: , это взмаха. Что делать с головами, подскажет взгляд с конца.
Посмотрим с конца
Последним взмахом богатырь отрубает последнюю голову: из головы остаётся . Ноль — чётное число, но удвоенный ноль — снова ноль: , голов нет.
К одной голове удобно прийти по десяткам: из — одним взмахом, из — двумя. Вообще из любого нечётного числа, которое оканчивается на , рубим по без всяких удвоений, пока не останется одна голова.
Как получить такое число? У нечётного числа взмах по последнюю цифру не меняет. Значит, нужно отрубить одну голову от чётного числа, которое оканчивается на : например, . А получается удвоением: из голов отрубаем одну, остаётся , и голов становится .
Получилась концовка из четырёх взмахов:
Отрубаем голову, ещё , потом и последнюю.
От 13 голов к 7
Осталось от голов дойти до нечётного числа, которое оканчивается на , — а от него по десяткам до . Последнюю цифру меняют удвоения, ими и воспользуемся:
- — чётное, удвоение: ;
- — чётное, удвоение: ;
- — нечётное, удвоения нет;
- и — нечётные, удвоений нет.
Последняя цифра менялась так: . Змей ненадолго вырос с до голов, зато теперь у него голов, а концовку мы уже знаем. Весь путь от голов — на рисунке ниже.
Весь пример и ответ для 7 класса
Собираем пример целиком:
- отрубить голову: ;
- раза отрубить по голов: ;
- отрубить голову: остаётся , удвоение — ;
- отрубить голов: остаётся , удвоение — ;
- отрубить голову: ;
- два раза по голов: , потом ;
- отрубить голову: остаётся , удвоение — ;
- отрубить голову: ;
- отрубить голов: ;
- отрубить последнюю голову: .
Всего взмахов:
По голов мы рубим, только когда голов не меньше , а удвоения стоят ровно там, где осталось чётное число.
В 7 классе спрашивают: сможет ли богатырь отрубить все головы? Сможет. Обоснование — этот пример: каждый его взмах разрешён условием, а в конце голов не остаётся. Чтобы ответить «сможет», достаточно предъявить один способ и проверить его.
Второй вариант
Во втором варианте Геракл бьётся с Лернейской Гидрой, у которой головы; правило то же. В 7 классе вопрос второго варианта: «Сможет ли Геракл лишить Гидру всех голов? Не забудьте обосновать свой ответ».
Число уже нечётное, поэтому первый взмах «одна голова» не нужен: сразу рубим по голов. Числа остаются нечётными, удвоений нет. От до — взмаха: . Ещё один взмах дал бы головы, а из и голов не выбраться (шаг 2).
С головами действуем так же, как в первом варианте (шаги 3–4): 13 → 24 → 28 → 27 → 17 → 7 → 12 → 11 → 1 → 0. Для этого отрубаем по очереди голов; удвоения — после первого, второго и шестого из этих взмахов (, , ).
Всего взмах, и голов не осталось. Перебор всех способов рубить показывает, что быстрее чем за взмах не получится, и самый короткий путь — именно этот.
Ответ: например, раза по голов, затем ; Геракл сможет лишить Гидру всех голов — обоснование тот же проверенный пример.
Проверка
Проверим пример взмах за взмахом. Перед каждым взмахом по голов не меньше : это (всего взмаха), затем , , и . Остатки , и чётные — после них головы удваиваются до , и ; все остальные остатки нечётные. Последний взмах оставляет голов, и . Всего взмаха.
Компьютер перебрал все способы рубить (поиск в ширину): от голов нельзя победить быстрее чем за взмаха, и такой самый короткий путь единственный — это и есть наш пример. Перебору можно верить, хотя змей может расти сколько угодно: взмах убирает не больше голов, поэтому путь, на котором голов хоть раз больше , длиннее взмахов. Перебор подтвердил и ловушку: из и голов победить нельзя, а из любого другого числа голов от до — можно.
1 вариант. Например, так ( взмаха): отрубить голову (), затем раза по голов (), потом по очереди (, удвоение — ), (, удвоение — ), (), (), (), (, удвоение — ), (), () и последнюю голову (). На вопрос 7 класса ответ — сможет, обоснование — этот пример.
2 вариант. Например, так ( взмах): раза по голов (), затем по очереди (, удвоение — ), (, удвоение — ), (), (), (), (, удвоение — ), (), () и последнюю голову (). На вопрос 7 класса ответ — сможет.
Ответ
1 вариант. Например, так ( взмаха): отрубить голову (), затем раза по голов (), потом по очереди (, удвоение — ), (, удвоение — ), (), (), (), (, удвоение — ), (), () и последнюю голову (). На вопрос 7 класса ответ — сможет, обоснование — этот пример.
2 вариант. Например, так ( взмах): раза по голов (), затем по очереди (, удвоение — ), (, удвоение — ), (), (), (), (, удвоение — ), (), () и последнюю голову (). На вопрос 7 класса ответ — сможет.
Главная идея
Пока голов нечётное число, взмах по не меняет ни чётность, ни последнюю цифру — змей не растёт. Поэтому нужна цель — нечётное число, которое оканчивается на : с него по десяткам доходим до одной головы и отрубаем её. Последнюю цифру меняют удвоения: и . А рубить по до голов нельзя: из и голов не выбраться.
Признаки: число меняется по правилу, которое зависит от чётности (или остатка), и спрашивают, можно ли дойти до цели. Посмотри с конца — из каких чисел цель достигается легко, — и следи за тем, что при ходах не меняется (здесь — последняя цифра нечётного числа при взмахе по ). Ищи ловушки — числа, из которых не выбраться. Чтобы доказать «можно», хватает одного честно проверенного примера.
Где легко ошибиться
Отрубить одну голову, а потом рубить по «до конца»: так придёшь к головам, а из и голов не выбраться — Ещё ошибки: забыть, что удвоение бывает и после взмаха по у чётного числа (, голов становится ); бояться, что после последнего взмаха «удвоится» ноль, — но . И в 7 классе одного слова «сможет» мало: нужен пример, проверенный по шагам.
Источник и авторство
Санкт-Петербургская олимпиада школьников по математике · 89-я олимпиада (2023 год) · I тур (районный), 19 ноября 2022 г. · 6 класс, задача 1. Та же задача была в 7 классе (задача 1); разбор общий.
Условия (PDF организатора, первый вариант) ↗ · Листки олимпиады, оба варианта (ZIP организатора) ↗ · Страница олимпиады 2023 года ↗ · Сайт олимпиады ↗
Условие первого варианта — из файла организатора, второй вариант переписан с листка. Подсказки, решение и модель — Popov Academy. Организатор не публикует решений районного тура. Ответы обоих вариантов получены двумя независимыми решениями и совпали; где можно, проверены перебором или вычислением.
На сайте олимпиады: «Распространение представленных материалов разрешается и приветствуется.»
Тема, знания и приёмы
Преобразования и процессы · Нужна школьная база
- Чётные и нечётные числа: нечётное минус чётное — нечётное, нечётное минус 1 — чётное
- Последняя цифра разности и удвоенного числа
- Ноль — чётное число, 0· 2 = 0
- Чтобы доказать «можно», достаточно предъявить пример и проверить каждый шаг
Приёмы решения: Разрядная запись числа · Инвариант или монотонная величина