早上起来 脑壳痛
太阳好白 头好重
脑子没带 身子先动
边出门 边做梦
威佐夫博弈。
有两堆石子和两个人,轮流操作:从两堆石子同时取走至少一颗,或者从某堆石子里取走至少一颗,先没法操作的人输,给出某个状态问是否先手必胜。
从知乎偷个图,建出坐标系之后发现必败点满足这个条件。
显然它关于
x=y 对称,所以我们只考虑
x≤y 的点。
列出来前几个点:
(0,0),(1,2),(3,5),(4,7),(6,10),(8,13),(9,15),(11,18),(12,20),(14,23),(16,26),(17,28),(19,31),(21,34),(22,36),(24,39)
注意到第
n 项满足
y−x=n。
然后我们还有若干性质:
- 一个必败点的决策不可能到达必败点。因为对于这个必败点如果可以走向必败点,直接走过去会使得对方必败,也就是必胜点。所以每对必败必胜点的两个坐标一定不同,两个坐标的差值一定不同。
- 如果一个点的决策里没有必败点,那它是必败点。因为只有走向必败点才能让对方必败而自己必胜。
- 每个 xi=mexj=0i−1(xj,yj),yi=xi+i。考虑归纳证明法,假如升序排序前 i−1 项都满足 xi+i=yi,那么接下来满足 x 最小的值肯定为前面所有数的 mex,而满足两位差没有出现过的最小值为 i,并且因为 x,y 都单调递增,所以这个 y=x+i 肯定没出现过。
然后我们考虑通项公式,有一个定理如下。
Betty 定理
如果两个无理数
a,b 满足
a1+b1=1,那么对于集合
A={⌊n×a⌋},B={⌊m×b⌋}(n,m∈N+),有
A∪B=N+,A∩B=∅。
证明
以下所有仅关于
a 的定理与
b 是对称的。
- 引理一:⌊n×a⌋+1≤⌊(n+1)×a⌋(n∈N)。
证明:因为 a,b>0,a1<1,b1<1,所以 a,b>1,给非负数增加一个 >1 的数肯定会导致整数部分至少 +1。
- 推论:⌊n×a⌋ 互不相同。
- 推论:⌊(n+1)×a⌋≥1。
- 推论:A∪B⊆N+
- 引理二:不存在 x∈A,x∈B。
证明:因为 A∪B⊆N+,所以 x∈N+,设 x=⌊n×a⌋=⌊m×b⌋(n,m∈N+),因为 a,b 是无理数所以取不到等号,x<n×a<x+1。
x<n\times a<x+1\\[0.2cm]
\frac{x}{n}<a<\frac{x+1}{n}\\[0.2cm]
\frac{n}{x+1}<\frac{1}{a}<\frac{n}{x}$$
同理我们有 $\frac{m}{x+1}<\frac{1}{b}<\frac{m}{x}$。两式相加得:
\frac{n+m}{x+1}<\frac{1}{a}+\frac{1}{b}<\frac{n+m}{x}\[0.2cm]
\frac{n+m}{x+1}<1<\frac{n+m}{x}\[0.2cm]
\frac{x}{n+m}<1<\frac{x+1}{n+m}\[0.2cm]
x<n+m<x+1$$
显然这与 n,m,x∈N+ 冲突。
- 推论:A∩B=∅。
- 引理三:不存在 x∈/A,x∈/B,x∈N+。
证明:设 ⌊n×a⌋<x<⌊(n+1)×a⌋,然后我们把式子拆开分析:
⌊n×a⌋<xn×a<xa<nxxn<a1x<⌊(n+1)×a⌋x≤⌊(n+1)×a−1⌋x+1<(n+1)×an+1x+1<an+1x+1<aa1<x+1n+1
合并两式得 xn<a1<x+1n+1,同理有 xm<b1<x+1m+1,两式相加得 xn+m<1<x+1n+m+2,把式子拆开分析:
xn+m<1n+m<x1<x+1n+m+2x+1<n+m+2
合并两式得 n+m<x<x+1<n+m+2,显然这与 n,m,x∈N 冲突。
- 推论:A∪B⊇N+
然后我们合并以上所有推论即可证明此定理。
我们假设有
a,b 满足前文我们发现的对于任一项
i 都有用的公式:
⌊a×n⌋+n=⌊b×n⌋
来解方程:
⎩⎨⎧⌊a×n⌋+n=⌊b×n⌋a1+b1=1a>0b>0
- 一式:
⌊a×n⌋+n=⌊b×n⌋⌊a×n+n⌋=⌊b×n⌋⌊(a+1)×n⌋=⌊b×n⌋
如果 a+1=b,那么一定存在一个 n 使得 ⌊(a+1)×n⌋=⌊b×n⌋,差不多就是考虑 n=O(∣a+1−b∣) 的时候。所以 b=a+1。
合并两式得
⎩⎨⎧b=a+1a1+b1=1a>0b>0
a1+a+11=1a2+aa+1+a2+aa=1a2+a2×a+1=12×a+1=a2+a−a2+a+1=0a=−2−1±5
取正根
21+5=φ,则我们的通项公式为
ai=⌊φ×i⌋,bi=ai+i。