сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

Блоха Кузя может со­вер­шать прыж­ки из каж­дой вер­ши­ны пра­виль­но­го тет­ра­эд­ра ABCD в три со­сед­ние вер­ши­ны, при­чем выбор этих вер­шин слу­чай­ный и рав­но­воз­мож­ный. Пры­гать Кузя на­ча­ла из вер­ши­ны A и, со­вер­шив 2020 прыж­ков, опять ока­за­лась в той же вер­ши­не. С какой ве­ро­ят­но­стью это могло про­изой­ти?

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Рас­смот­рим не­ко­то­рый про­ме­жу­точ­ный шаг в дви­же­нии Кузи. Если она на этом шаге на­хо­дит­ся в точке A, то ве­ро­ят­ность по­пасть в A на сле­ду­ю­щем шаге равна нулю. Если же она на­хо­дит­ся в любой из остав­ших­ся точек, B, C или D,то ве­ро­ят­ность по­пасть в A на сле­ду­ю­щем шаге равна  дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби , так как из каж­дой такой точки есть три рав­но­воз­мож­ных пути, толь­ко один из ко­то­рых при­во­дит в A. Пусть pk  — ве­ро­ят­ность того, что на k  — ом шаге блоха на­хо­дит­ся в точке A. Со­от­вет­ствен­но не в точке A она на­хо­дит­ся с ве­ро­ят­но­стью  левая круг­лая скоб­ка 1 минус p_k пра­вая круг­лая скоб­ка . Тогда на сле­ду­ю­щем шаге она ока­жет­ся в A с ве­ро­ят­но­стью

 p_k плюс 1= левая круг­лая скоб­ка 1 минус p_k пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби плюс p_k умно­жить на 0= левая круг­лая скоб­ка 1 минус p_k пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби .

Таким об­ра­зом, p_0=1, p_1=0, p_2= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби , а далее по­лу­чим

 p_3= левая круг­лая скоб­ка 1 минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 9 конец дроби , \quad \ldots, \quad p_n= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 9 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 27 конец дроби умно­жить на s плюс дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 3 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби .

Фор­му­лу для pn при n боль­ше или равно 2 до­ка­жем ме­то­дом ма­те­ма­ти­че­ской ин­дук­ции.

База ин­дук­ции: p_2= дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 3 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби   — верно.

Шаг ин­дук­ции: пусть фор­му­ла верна для n=k, то есть

p_k= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 9 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 27 конец дроби умно­жить на s плюс дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка k пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 3 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка k минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби .

Тогда

p_k плюс 1= левая круг­лая скоб­ка 1 минус p_k пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби = левая круг­лая скоб­ка 1 минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 9 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 27 конец дроби плюс умно­жить на s минус дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка k пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 3 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка k минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби = =
= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 умно­жить на 3 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 9 умно­жить на 3 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 27 умно­жить на 3 конец дроби плюс умно­жить на s плюс дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка k плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 3 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка k минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 3 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 9 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 27 конец дроби умно­жить на s плюс дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка k плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 3 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка k пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби ,

то есть фор­му­ла верна и для n=k плюс 1. А зна­чит, верна и при любых n боль­ше или равно 2. Видим, что pn пред­став­ля­ет собой сумму чле­нов гео­мет­ри­че­ской про­грес­сии со зна­ме­на­те­лем  минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби . Сле­до­ва­тель­но,

 P левая круг­лая скоб­ка A пра­вая круг­лая скоб­ка =p_2020= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 1 минус левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2019 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 1 минус левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1 плюс левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2019 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 3 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2019 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс 1, зна­ме­на­тель: 4 умно­жить на 3 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2019 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби \simeq дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби .

Ответ: P левая круг­лая скоб­ка A пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 3 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2019 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс 1, зна­ме­на­тель: 4 умно­жить на 3 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2019 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби .