Jak wieszać firanki?
Ponieważ już kilka razy zdarzyło mi się stać pod karniszem z
firanką w ręku i zastanawiać na ilu żabkach należy przyczepić
firankę tak, by było równo, postanowiłem uformować małą teoryjkę na
ten temat.
Na początek informacje o tym, jak cała sprawa wygląda. Dane
początkowe: firanka (często jeszcze wilgotna), n żabek i karnisz. Na
początku zaczepiamy firankę na dwóch skrajnych żabkach, dzielimy na
pół i przyczepiamy żabkę środkową w punkcie podziału. Teraz dwie
powstałe części także dzielimy na pół i w punktach podziału
doczepiamy środkowe żabki z pozostałych, itd. Ogólnie: dziel i
wieszaj (trochę makabryczne, ale się sprawdza). ^_^
Sytuacja byłaby prosta, gdyby nie jeden przykry fakt: nie
zawsze można znaleźć środkową żabkę. Przypuśćmy, że mamy do
powieszenia firankę na 6 żabkach. Zaczepiamy za dwie skrajne -
zostają 4. Dzielimy na pół i... no właśnie: nie ma środkowej żabki.
By temu zaradzić należy przed przystąpieniem do wieszania odliczyć
odpowiednią liczbę żabek tak, by zawsze można było wskazać środkową.
Na początek rozpatrzmy kilka przykładów. Na jednej żabce nie ma
co wieszać. Przy 2 żabkach wieszamy firankę nie przejmując się
podziałami. Przy 3 żabkach nie ma problemu: zaczepiamy skrajne -
zostaje jedna, którą zaczepiamy na środku. Dla 4 żabek pojawia się
pierwszy problem, przy 5 znowu wszystko jest OK. Przy 6, 7, i 8
znowu są problemy i dopiero 9 jest następną optymalną liczbą.
Przyjrzyjmy się uważniej: firankę dobrze wieszało się na: 2, 3, 5 i
9 żabkach... te liczby ("jak łatwo widać" ^_^) tworzą ciąg o wyrazie
ogólnym:
an = 2n + 1, gdzie n należy do zbioru {0,1,2,3,4...}
Teraz w prosty sposób możemy otrzymać liczbę żabek, na których
nasza firanka będzie równo rozwieszona:
n | 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8
--------+----+----+----+----+----+----+----+----+----
2n + 1 | 2| 3| 5| 9| 17| 33| 65| 129| 257*
* nikomu nie życzę wieszania taaakiej firanki
Jeśli popatrzymy uważnie na ten ciąg, to możemy odnaleźć
zależność rekurencyjną: Jeśli wiemy ile równa się an to:
an+1 = 2an - 1.
Czasami zdarza się, że firanka, pomimo tego, że wisi w równych
odstępach, nie wygląda ładnie: 17 żabek to za mało, a 33 stanowczo
za dużo. W takim przypadku będziemy musieli niestety zastosować
nieco bardziej kłopotliwą metodę: dobierzemy tyle żabek, by ładnie
dzieliły się na pół i dopiero na końcu zostały po dwie wolne, które
możemy bez większego psucia symetrii przypiąć na oko. Sytuacja taka
ma miejsce w przypadku ilości żabek równej 4, 7, 13, 25 itd. Ciąg
ten ma wyraz ogólny opisany wzorem:
an = 2n + 2n-1 + 1, gdzie n należy do zbioru {1,2,3,4...}
Zauważmy jednak, że zależność rekurencyjna pozostała taka sama
jak poprzednio, czyli:
an+1 = 2an - 1
To, co uległo zmianie, to pierwszy wyraz ciągu, w tym
przypadku: a1 = 4.
Oznaczmy pierwszy ciąg (ten, z pierwszym wyrazem = 2) przez 2a,
a drugi (z wyrazem początkowym = 4) przez 4a. Kontynuując ten tok
myślenia dochodzimy do kolejnych ciągów, których wyrazy początkowe
to 6, 8, 10 itd. (pytanie: dlaczego nie rozpatrujemy też: 3, 5, 7 i
9 ?) We wszystkich tych ciągach zależność rekurencyjna dana jest tym
samym wzorem. Jeśli dorzucimy jeszcze ciąg o wyrazie początkowym
równym 1 (ozn.: 1a), to otrzymamy zbiór ciągów takich, że suma
zbiorów ich elementów będzie równa zbiorowi liczb naturalnych
(N = {1,2,3,4...}).
N = Ui z K {x | x z ia}, gdzie K = {1} u {2,4,6...}
Ponadto iloczyn zbiorów elementów dwóch różnych ciągów będzie
zbiorem pustym:
dla i,j z K | i<>j: {x | x z ia} n {x | x z ja} = 0
Kolejnym rozwinięciem teoryjki jest uogólnienie jej na liczby
ujemne, co niestety wykracza już poza proste wieszanie firanek.
1
2._
3. '4._
5,'. '6._
'. 7. '8._
9 '. ', '10_
: '. 11 '12_
: 13 ', '14_
'. '. 15 '16_
17: '. ', '18_
'. '. 19 '20_
: 21 ', '22_
' '. 23 '24_
25 '. '. '26_
: '. 27 '28_
: 29 '. '30_
'. '. 31 '32_
33 : '. '. '34_
'. '. 35 '
: 37 '.
' '. 39
41 '. '.