Сегодняшняя задача. Второй тур олимпиады Эйлера (аналог Всероссийской ол-ды для 8 кл.), задача N 8. Автор - А.В.Шаповалов.
Среди 100 монет есть 4 фальшивых. Все настоящие монеты весят одинаково, фальшивые - тоже, фальшивая монета легче настоящей. Как за два взвешивания на чашечных весах без гирь найти хотя бы одну настоящую монету?
Комменты уже раскрыты, обсуждается дополнительный вопрос - какое НАИБОЛЬШЕЕ число настоящих монет возможно определить.
Продолжение этого обсуждения см. вот тут
http://docs.google.com/fileview?id=0ByX El13981ctOGQ3ZDk0NTctNjMxYy00YWQ1LTlmNzM tMTZmODljYTQ0MTAw&hl=ru
Исходную задачу на олимпиаде Эйлера решили Александр Зайков (Краснодар, диплом I степени), Никита Сопенко (Тамбов, диплом II степени), Татьяна Гайнцева (Уфа, диплом II степени), Артем Рычков (Киров, диплом II степени), Александр Матушкин (Ижевск, диплом II степени), Александр Капитонов (Курган, диплом II степени), Юлия Гребенникова (Москва, диплом III степени), Федор Блудов (Мркутск, диплом III степени), Максим Матвеев (Новосибирск, диплом III степени), Дмитрий Сазыкин (Курган, диплом III степени) - 10 человек. Всего участвовало 197 школьников, из них дипломы получили 68.
Среди 100 монет есть 4 фальшивых. Все настоящие монеты весят одинаково, фальшивые - тоже, фальшивая монета легче настоящей. Как за два взвешивания на чашечных весах без гирь найти хотя бы одну настоящую монету?
Комменты уже раскрыты, обсуждается дополнительный вопрос - какое НАИБОЛЬШЕЕ число настоящих монет возможно определить.
Продолжение этого обсуждения см. вот тут
http://docs.google.com/fileview?id=0ByX
Исходную задачу на олимпиаде Эйлера решили Александр Зайков (Краснодар, диплом I степени), Никита Сопенко (Тамбов, диплом II степени), Татьяна Гайнцева (Уфа, диплом II степени), Артем Рычков (Киров, диплом II степени), Александр Матушкин (Ижевск, диплом II степени), Александр Капитонов (Курган, диплом II степени), Юлия Гребенникова (Москва, диплом III степени), Федор Блудов (Мркутск, диплом III степени), Максим Матвеев (Новосибирск, диплом III степени), Дмитрий Сазыкин (Курган, диплом III степени) - 10 человек. Всего участвовало 197 школьников, из них дипломы получили 68.

Comments
Вы обратили внимание, что взвешиваний разрешено всего два?
если одна из них тяжелее, то в ней не больше 1 фальшивой, сравниваем две монеты из нее, та что не легче другой - настоящая
если они равны по весу
берем монетку x и переносим из A в B
далее сравниваем вес B+x c C
если B+x > C, то x - настоящая
если B+x = C, то все оставшиеся в А настояшие (это возможно только если в C две фальшивых, соответственно в A и B было по одной и как раз х фальшивая)
если B+x < C, то все в C настоящие
Вы сделаете вывод, что все монеты в четвертой кучке настоящие.
То же самое при 0-0-2-1-1.
Другая ошибка возникает при разбивках 0-0-0-0-4, 1-1-0-0-2 или 0-0-1-1-2
Кучки по 12 не равны, но в большей НЕ все настоящие.
(1) Взвешиваем кучки друг с другом. Если одна тяжелее, то все просто (т.к. в ней 0 или 1 фальшива и настоящую легко можно найти, взвесив 16 и 16 из этой кучки).
Пусть они весят одинаково. Тогда в куче 0, 2 или 4 фальшивые (четвертого не дано).
(2) Берем одну монету из одной кучки (первая) и добавляем ее ко второй кучке (вторая), в которой после этого окажется 34 монеты (новая куча). Взвешиваем новую кучу с начальной кучей (старая).
3 варианта:
а. Старая тяжелее. Тогда в ней, очевидно, нет фальшивых монет. Взяв любую, решим задачу.
б. Весят одинаково. Такое возможно, когда в старой 2 фальшивые и при этом та монета, которую мы "перекладывали" тоже фальшивая. Значит оставшиеся монеты в первой кучке настоящие - решили задачу.
в. Старая легче. Это возможно в двух случаях: в старой 4 фальшивые монеты, тогда берем из новой любую - она настоящая; в старой 2 фальшивые, тогда та монета, которую мы перекладывали обязана быть настоящей. Решили задачу.
Другие решения вообще возможны? (кажется, что нет..)
А вот есть ли "принципиально" другое решение?
Кстати, можно ли доказать, что 14 (или что-то другое?) действительно максимум?
Взвесим А и Б. Если одна группа перевесила, то в ней не более 1 фальшивой монеты. Соответственно берем из этой группы любые две и вторым взвешиванием задача решена.
Если группы по весу равны, то берем А + одну монетку из Б и взвешиваем с В. При этом заметим, что в В четное число фальшивых монет.
1.Если весы уравновесились, то в В ровно две фальшивые, в А одна => оставшиеся в Б настоящие.
2.Если В перевесила, то в В не больше одной фальшивой => в В все настоящие.
3.Если В легче, то в В или 4 или 2 фальшивые. В обоих случаях та монета, которую мы взяли из Б
будет настоящей.
И я раскрыл комменты. Посмотрите.
Если обе группы по 49 монет весят одинаково, значит, в каждой из них по одной или по две фальшивых монеты. (Из четырёх фальшивых монет в число 98 обязательно попадут хотя бы две). Берём с одной из чашек две группы по 24 монеты (остаётся одна монета с этой чашки) и взвешиваем. Группа, которая перевесила -- настоящая вся. Если группы весят одинаково, в каждой из них по одной фальшивой монете, тогда отложенная монета -- настоящая.
(В последнем случае две монеты, отложенные при первом взвешивании, настоящие тоже. То есть, мы всегда можем найти не менее трёх настоящих монет.)
0-0-1-1-2. Тогда ваш алгоритм утверждает, что отложенная монета (третья из пяти групп) - настоящая. А это не так. И две отложенных тоже не настоящие.
Первое взвешивание: М1 - М33 vs. М34 - М66
Если монеты на какой-то чаше тяжелее, скажем монеты М1 - М33, тогда решение очевидно. Среди М1 - М33 не более одной фальшивой монеты; второе взвешивание, например: М1 - М16 vs. М17 - М32; если одна чаша тяжелее, то все монеты на ней настоящие, а если равенство, то все М1 - М32 настоящие.
Итак, предположим, что М1 - М33 уравновешивают М34 - М66. Это значит, что возможны 3 варианта:
(a) среди М1 - М33 и М34 - М66 - по 2 фальшивых монеты, среди М67 - М100 - ни одной
(b) среди М1 - М33 и М34 - М66 - по одной фальшивой монете, среди М67 - М100 - 2 фальшивых монеты
(c) все 4 фальшивых монеты среди М67 - М100.
Второе взвешивание: М1 - М34 vs. М67 - М100.
Если М67 - М100 перевешивают, значит имел место вариант (a), и М67 - М100 - настоящие.
Если равенство, значит имел место вариант (b), и при этом М34 оказалась фальшивой. Тогда М35 - М66 - настоящие.
Если М1 - М34 перевешивают, то тогда возможны еще 2 случая. Во-первых, возможен вариант (b), где М34 оказалась настоящей. Во-вторых, возможен вариант (c). Но в любом случае, М34 тогда - настоящая.
Правильно?
А сколько у школьников всего было заданий, и сколько им давалось времени на этой олимпиаде? Я эту задачу долго решал, :) если на олимпиаде и решил бы, ничего другого бы не успел.
Ставим на весы группы 1+2 <> 3+4
1 Если они уравновешиваются, значит на обоих чашах весов поровну фальшивых монет
Т.е. или ноль или по одной или по две фальшивки.
Соответсвенно в группе 5 или четыре или две или ноль фальшивых монет
Меняем группу 1 с группой 5 и снова взвешиваем: 5+2<>3+4
1.1 Если они уравновешенны, значит в них поровну фальшивых монет, т.е. 1 = 5. Это возможно только если и в 1 и в 5 нет фальшивых монет!
1.2 Если группы 2+5 тяжелее 3+4, значит в 1 была одна или две фальшивые монеты, т.е. в 5 нет фальшивых монет.
1.3. Если группы 3+4 тяжелее 2+5 значит, в 1 была одна фальшивая монета, а в 5 - две фальшивые монеты. Т.е. в группе 2 фальшивых монет нет.
2 Если оне не уравновешиваются, т.е. 1+2 тяжелее 3+4 Т.е. в 1+2 фальшивых монет меньше, или одна или ноль. Сравниваем группы 1 и 2 и если они равны то в них нет фальшивых монет. Если 1 тяжелее, значит в ней нет фальшивок, а в 2 есть одна фальшивка или наоборот.
А почему анонимно-то?
Первое взвещивание предлагается 26_1 + 11_1 против 13_1 + 11_2 + 13_2.
Второе - те же веса, но с "дополнительными" индексами.
Поскольку в обеих взвешиваниях здесь группы 13_1 и 13_2 кладутся на одну и ту же чашу весов, то их можно считать единой группой из 26 монет: 26_3.
Допустим, что оба раза на весах оказалось равновесие. Тогда разбиение фальшивых монет по пяти группам (11_1,11_2,26_1,26_2,26_3) может быть любым из таких: (0,1,2,0,1) и (1,0,0,2,1). То есть ни одна из пяти групп не состоит из гарантированно настоящих монет. Увы.
Ваш способ идейно почти не отличается от дележа 100 монет на 5 равных кучек. Кажется, ни одно из таких решений не доводится до верного.
Интересный вопрос при этом - какое максимальное число настоящих монет можно гарантировнно найти? И ответ, если не ошибаюсь - 10. Первый раз для этого нужно взвешивать 33, 34 или 35 монет.
Я думал, что только до 33.
Ответ на вопрос о том, какое максимальное число настоящих монет можно гарантированно найти, ОЧЕНЬ интересен. Я не умею доказывать максимальность своего ответа, но умею находить БОЛЬШЕ десяти.
Я могу найти 14 настоящих, и сильно подозреваю, что это максимум.
Но строгого доказательства у меня нет. Можем вместе подумать. Комменты я вскрыл.
Если бы удалось получить 2N/13 или любую другую дробь, большую 1/7, было бы очень здорово.
Разобьем все на группы 1,2,23,26,48. Первое взвешивание: 1+2+23 с 26. Если неравенство, то дальше по стандарту.
Пусть они равны. Тогда второе взвешивание: 1+48 против 23+26.
Варианты:
1 | 2 | 23 | 26 | 48 | Рез-т
--+---+----+----+----+-------
0 } 0 | 0 | 0 | 4 | <
1 } 0 | 0 | 1 | 2 | <
0 } 1 | 0 | 1 | 2 | <
0 } 0 | 1 | 1 | 2 | =
как угодно | 2 | 0 | >
Итого при результате "<" можно сделать вывод о 23 настоящих монетах, при равенстве - о трех, при результате ">" - о 48.
в которых такие же взвешивания позволяют в худшем случае определить 14 настоящих монет.
Стандартное - это когда 1+32+33+34.
Можно ли увеличить эту долю - вот в чем вопрос
Кстати, 20 - не максимум возможного.