Задача
За круглым столом сидят n человек. Разрешается любых двух людей, сидящих рядом, поменять местами. Какое наименьшее число таких перестановок необходимо сделать, чтобы в результате каждые два соседа остались бы соседями, но сидели бы в обратном порядке?
Решение
Пусть tn — наименьшее число пересаживаний. Докажем, что
при n ≥ 4. (1) Представим, что участники чаепития сидят в вершинах правильногоn-угольника. Тогда их итоговое расположение получается из исходного симметрией относительно некоторой оси. ПустьA– один из участников, наиболее удалённых от оси,B– симметричный ему. Кратчайший путь отAкBпо границе многоугольника содержит
k≥ [n–1/2] сторон, поэтомуAдолжен пройти по пути кBне менееkсторон, то есть сделать не менееkпересаживаний. Но при этих пересаживаниях порядок взаимного расположения остальных n– 1 участников не меняется и им нужно сделать ещё по меньшей мереtn–1пересаживаний между собой, чтобы разместиться в противоположном порядке, откуда и следует (1). Поскольку t3= 1, из оценки (1) получаем, что
(2)
(3)
Покажем, что знак неравенства в (2) и (3) можно заменить на знак равенства. Занумеруем участников чаепития по порядку от 1 до n и разобьём их на две группы – от 1-го до k-го и от (k+1)-го до n-го. Чтобы поменять порядок в первой группе, пересадим последовательно 1-го участника со 2-м, 3-м, ..., k-м, затем 2-го – с 3-м, 4-м, ..., k-м и т. д. На это уйдёт (k – 1) + (k – 2) + ... + 1 = ½ (k² – k) пересаживаний. Аналогично за ½ (n – k) (n – k – 1) пересаживаний мы получим обратный порядок во второй группе. Всего нужно k² – k пересаживаний при n = 2k и k² пересаживаний при n = 2k + 1.
Ответ
¼ (n² – 2n) при чётном n; ¼ (n – 1)² при нечётном n. .
Чтобы оставлять комментарии, войдите или зарегистрируйтесь