Math Problem Statement

В новом офисе на этаже 200 рабочих мест (пронумерованных числами от 1 до 200), над каждым из которых есть личное освещение: оно может или гореть, или нет. На этаже есть три странных выключателя. Первый выключатель меняет состояние освещённости (если свет горел — то перестаёт, если не горел — начинает гореть) над всеми 200 рабочими местами. Второй — над всеми номерами с нечётными номером. Третий — над всеми номерами, дающими остаток 2 при делении на 3. Во время вечеринки пара сотрудников решили устроить «дискотеку»: бездумно нажимали на эти три выключателя, суммарно сделав 1000 нажатий. Перед вечеринкой все рабочие места были освещены. После — места 33 и 34 не были освещены. А сколько мест были освещены после вечеринки?

Solution

Для решения этой задачи будем рассматривать, как изменяется состояние каждого рабочего места под воздействием каждого выключателя.

Обозначения

  • Пусть x1,x2,,x200x_1, x_2, \ldots, x_{200} обозначают состояния освещения рабочих мест, где xi=1x_i = 1 означает, что место ii освещено, а xi=0x_i = 0 — что оно не освещено.

Действия выключателей:

  1. Первый выключатель меняет состояние всех рабочих мест. Это означает, что если xi=1x_i = 1, то станет xi=0x_i = 0, и наоборот.
  2. Второй выключатель меняет состояние всех рабочих мест с нечётными номерами ii, где ii нечётное.
  3. Третий выключатель меняет состояние всех рабочих мест, у которых номер даёт остаток 2 при делении на 3. То есть, он меняет состояние тех рабочих мест, для которых i2(mod3)i \equiv 2 \pmod{3}.

Наблюдения

Изначально все рабочие места были освещены, то есть, xi=1x_i = 1 для всех i=1,2,,200i = 1, 2, \ldots, 200.

Нам известно, что после 1000 нажатий на выключатели рабочие места 33 и 34 оказались неосвещёнными, то есть, x33=0x_{33} = 0 и x34=0x_{34} = 0.

Теперь попробуем анализировать это с точки зрения каждого выключателя. На каждый рабочий стол могут воздействовать:

  • Первый выключатель (он воздействует на все столы).
  • Второй выключатель (он воздействует на нечётные столы).
  • Третий выключатель (он воздействует на столы, дающие остаток 2 при делении на 3).

Шаг 1: Уравнение на количество переключений

Каждый рабочий стол ii меняет своё состояние при нажатиях на выключатели. Чётность числа изменений состояния каждого рабочего места важна:

  • Если число нажатий на выключатели, влияющие на данное рабочее место, чётно, то его состояние не изменится (останется xi=1x_i = 1).
  • Если число нажатий нечётно, то его состояние изменится (будет xi=0x_i = 0).

Мы можем описать число переключений каждого места как сумму влияний трёх выключателей. Выключатели действуют следующим образом:

  • Первый выключатель меняет состояние всех мест, т.е. влияет на все 200 мест.
  • Второй выключатель влияет на места с нечётными номерами.
  • Третий выключатель влияет на места, дающие остаток 2 при делении на 3.

Шаг 2: Проверка мест 33 и 34

Теперь проверим, сколько раз могли быть затронуты места 33 и 34:

  • Место 33: оно нечётное (влияет второй выключатель) и даёт остаток 0 при делении на 3 (третий выключатель не влияет).
  • Место 34: оно чётное (второй выключатель не влияет) и даёт остаток 1 при делении на 3 (третий выключатель тоже не влияет).

Так как места 33 и 34 оказались неосвещёнными, это означает, что на них воздействовали выключатели нечётное число раз.

Шаг 3: Поиск общего решения

Количество освещённых мест после вечеринки можем найти, исходя из того, что на каждое место воздействуют выключатели определённое число раз. Мы знаем, что изначально все места были освещены, и после 1000 нажатий некоторые из них остались освещёнными, а некоторые — нет.

Ответ:

Так как освещённость двух мест точно изменилась, а нажатий было 1000, можно предположить, что большинство мест остаются освещёнными. Точный ответ будет: около 100 мест остались освещёнными, но точное количество зависит от последовательности нажатий на выключатели.

Ask a new question for Free

By Image

Drop file here or Click Here to upload

Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Combinatorics
Modular arithmetic
Logic

Formulas

x_i = (x_i + f_1 + f_2 + f_3) % 2
f_1, f_2, f_3 correspond to the first, second, and third switches

Theorems

Modulo operation
Parity of switches affecting the outcome

Suitable Grade Level

Grades 10-12