黑板写有 $1,2,4,8,\cdots,2^{99}$ 这 $100$ 个数,甲乙两人轮流对黑板上的数进行操作(甲先),每次将其中的 $3$ 个数减 $1$.如果某次操作后黑板上出现了负数,就算输,对方获胜.问:甲有获胜的策略吗?如何操作.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 知识点
    >
    代数变形
    >
    代数式的形
    >
    对称与对偶
  • 题型
    >
    组合数学
    >
    策略问题
【答案】
有;只需要第一次操作 $1,2^{98},2^{99}$,之后每次都操作乙刚操作的数
【解析】
甲有获胜的策略,只需要第一次操作 $1,2^{98},2^{99}$,之后每次都操作乙刚操作的数即可,证明如下.
记这 $100$ 个数分别为 $x_i$($i=1,2,\cdots,100$),它们的初值分别为 $1,2,4,8,\cdots,2^{99}$,和是 $2^{100}-1$.
因为\[1+2+\cdots+2^{97}<2^{98}<2^{99},\]所以无论如何操作,结束时 $x_{99}$ 和 $x_{100}$ 必然均非负数(否则对 $x_1,x_2,\cdots,x_{98}$ 的操作次数大于 $2^{98}$,而至多操作 $2^{98}$ 次,在 $x_1,x_2,\cdots,x_{98}$ 中就出现负数了).
这样甲操作完第一次之后,除了最后两个数,其他的各个数都是偶数,所以乙操作后甲必然可以执行相同的操作,并且在这样一次“镜像”操作后仍然处于“除了最后两个数,其他的各个数都是偶数”的状态.经过有限次“镜像”操作后,留给乙的必然为 $x_i=0$($i=1,2,\cdots,98$)以及 $x_{99},x_{100}$,此时乙失败,甲获胜.
答案 解析 备注
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