سوال ۱۳

یک لانه‌ی مورچه، مطابق شکل روبرو، شامل ۷ بخش اصلی است. در هر بخش عددی صحیح نوشته شده است که گردونه‌ی آن بخش نامیده می‌شود. ۴ بخش لانه که با دو دایره‌ی تو در تو مشخص شده‌اند را پایانه می‌نامیم. در ابتدا، مورچه در بخش بالایی لانه، با گردونه‌ی ۳، قرار دارد و جهت او به سمت راست است.

در هر مرحله، مورچه مطابق زیر حرکت می‌کند:

  • ابتدا گردونه‌ی بخشی که در آن قرار دارد را می‌خواند و به آن مقدار، جهت خود را تغییر می‌دهد (از راست به چپ و از چپ به راست).
  • سپس در همان جهت به بخش پایینی مربوطه حرکت می‌کند.

این فرآیند تا زمانی ادامه می‌یابد که مورچه به یک پایانه‌ برسد. برای مثال، اگر گردونه‌ها تغییری نکنند، مورچه در نهایت در پایانه‌ی سمت چپِ بخش اولیه، با گردونه‌ی ۴، متوقف می‌شود.

می‌خواهیم دقیقاً دو واحد به گردونه‌ها اضافه کنیم. در چند حالت مختلفِ انجام این تغییر، مورچه در نهایت روی پایانه‌ای با گردونه‌ی فرد متوقف می‌شود؟ دو حالت متفاوت محسوب می‌شوند اگر گردونه‌ی حداقل یکی از بخش‌ها در این دو حالت متفاوت باشد.

  1. ۱۲
  2. ۸
  3. ۱۱
  4. ۹
  5. ۱۰

پاسخ

گزینه‌ی ۴ درست است.

مطابق شکل روبرو بخش‌های لانه را شماره‌گذاری می‌کنیم. برای حل سوال، روی پایانه‌ای که مورچه متوقف خواهد شد حالت‌بندی می‌کنیم.

  • اگر مورچه روی پایانه‌ی شماره‌ی ۲ متوقف شده باشد، لازم است که گردونه‌ی آن فرد باشد. لذا حتماً یک واحد به گردونه‌ی آن اضافه کرده‌ایم. همچنین نباید به بخش شماره ۱ چیزی اضافه شده باشد. پس به ۵ حالت می‌توان یک واحد دیگر به یک گردونه‌ی دیگر اضافه کرد.
  • اگر مورچه روی پایانه‌ی شماره‌ی ۴ متوقف شده باشد، حتماً یک واحد به گردونه‌ی بخش ۱ و یک واحد به گردونه‌ی بخش ۳ اضافه شده است. پس به یک روش می‌توان به این پایانه رسید.
  • می‌توان دید که ممکن نیست مورچه روی پایانه‌ی شماره‌ی ۶ متوقف شود، زیرا در این صورت لازم است به گردونه‌ی هر دو بخش ۱ و ۵ و خود پایانه ۶ یک واحد اضافه شود که ممکن نیست.
  • اگر هم روی پایانه‌ی شمار‌ه‌ی ۷ متوقف شده باشد، قطعا یک واحد به گردونه‌ی شماره ۱ اضافه شده و ۳ حالت داریم که واحد دیگر را به کدام یک از بخش‌های ۲، ۴ یا ۶ اضافه کنیم.

پس در مجموع تعداد حالت‌های معتبر برابر $5 + 1 + 3 = 9$ خواهد بود.