已知 $S_n=\left\{A \left|\right. A=\left(a_1,a_2,a_3,\cdots,a_n\right),a_i\in\{0, 1\},i=1,2,3,\cdots,n\right\}$ $\left(n\geqslant 2\right)$,对于 $U,V \in S_n$,$d\left(U,V\right)$ 表示 $ U $ 和 $ V $ 中相对应的元素不同的个数.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 知识点
    >
    计数与概率
    >
    排列数与组合数
  • 知识点
    >
    不等式
    >
    常用不等式
    >
    绝对值不等式
  • 方法
    >
    思考方式
    >
    算两次
  1. 令 $U = \left(0,0,0,0,0\right)$,存在 $ m $ 个 $V \in {S_5}$,使得 $d\left(U,V\right) = 2$,写出 $ m $ 的值;
    标注
    • 知识点
      >
      计数与概率
      >
      排列数与组合数
    答案
    $10$
    解析
    $m={\rm C}_5^2=10$.
  2. 令 $U,V,W \in {S_n}$,求证:$d\left(U,W\right) + d\left(V,W\right) \geqslant d\left(U,V\right)$;
    标注
    • 知识点
      >
      不等式
      >
      常用不等式
      >
      绝对值不等式
    答案
    解析
    令 $U= \left({a_1},{a_2},{a_3} ,\cdots , {a_n}\right)$,$V = \left({b_1},{b_2},{b_3} ,\cdots ,{b_n}\right)$,$W=(c_1,c_2,c_3,\cdots ,c_n)$,则若证$$d\left(U,W\right) + d\left(V,W\right) \geqslant d\left(U,V\right),$$需证$$\sum\limits_{i = 1}^{n}|{a_i} - c_i|+\sum\limits_{i = 1}^{n}|{b_i} - c_i| \geqslant \sum\limits_{i=1}^{n}|a_i-b_i|,$$即证$$\forall 1\leqslant i\leqslant n, i\in {\mathbb N}_+,|a_i-c_i|+|b_i-c_i|\geqslant |a_i-b_i|,$$根据绝对值不等式,原命题得证.
  3. 若 $U,V \in {S_n}$,求所有 $d\left(U,V\right)$ 之和.
    标注
    • 方法
      >
      思考方式
      >
      算两次
    答案
    $n\cdot 2^{2n-2}$
    解析
    $S_n$ 共有 $2^n$ 个元素,所有元素的第 $i$ 项 $(i=1,2,3,\cdots,n)$ 中有 $2^{n-1}$ 个 $0$ 和 $2^{n-1}$ 个 $1$.
    于是所有 $d(U,V)$ 之和为$$n\cdot (2^{n-1}\cdot 2^{n-1})=n\cdot 2^{2n-2}.$$
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2 问题3 答案3 解析3 备注3
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