مسائل تغییر وضعیت با شرط تعداد ثابت عمل
در برخی مسائل، با وجود آنکه عملیات مجاز به نظر ساده میرسد، امکان رسیدن به هدف وجود ندارد. این موضوع را میتوان با استفاده از یک مقدار ثابت (Invariant) اثبات کرد — مثلاً زوج یا فرد بودن یک کمیت.
🔹 مثال ۱: سه لیوان
شرح: سه لیوان داریم که یکی از آنها وارونه است (رو به پایین) و دو تای دیگر روبهبالا هستند.
در هر حرکت مجاز هستیم دقیقاً دو لیوان را برگردانیم (اگر وارونه است، روبهبالا شود و برعکس).
سؤال: آیا میتوان همه را روبهبالا کرد؟
در هر حرکت مجاز هستیم دقیقاً دو لیوان را برگردانیم (اگر وارونه است، روبهبالا شود و برعکس).
سؤال: آیا میتوان همه را روبهبالا کرد؟
پاسخ: خیر، امکانپذیر نیست.
استدلال: فرض کنید
ابتدا
در هر حرکت، دو حالت داریم:
• اگر دو لیوان روبهبالا را برگردانیم →
• اگر یکی روبهبالا و یکی وارونه →
• اگر دو تا وارونه →
در همه حالتها، پاریتهٔ s تغییر نمیکند (همیشه فرد میماند). اما هدف ما
استدلال: فرض کنید
s = تعداد لیوانهای وارونهابتدا
s = 1 (فرد)در هر حرکت، دو حالت داریم:
• اگر دو لیوان روبهبالا را برگردانیم →
s به s + 2 تبدیل میشود.• اگر یکی روبهبالا و یکی وارونه →
s بدون تغییر میماند.• اگر دو تا وارونه →
s به s - 2 تبدیل میشود.در همه حالتها، پاریتهٔ s تغییر نمیکند (همیشه فرد میماند). اما هدف ما
s = 0 (زوج) است. پس غیرممکن است.
🔹 مثال ۲: چهار سکه
شرح: پنج سکه روی میز قرار دارند؛ سهتای آنها شیر و دو تا خط است.
در هر حرکت مجازید دقیقاً سه سکه را برگردانید.
سؤال: آیا میتوان همه را به شیر تبدیل کرد؟
در هر حرکت مجازید دقیقاً سه سکه را برگردانید.
سؤال: آیا میتوان همه را به شیر تبدیل کرد؟
پاسخ: اگر تعداد شیرها را k در نظر بگیریم در حال حاضر k=۳ است، میخواهیم با شرایط گفته شده k=۵ شود.
استدلال: سه سکه خط برگردانده شوند k به k+۳ تبدیل می شود.(توجه شود k نمی تواند از ۵ بیشتر باشد)
سه سکه شیر برگردانده شوند k به k-۳ تبدیل می شود.
اگر یک سکه شیر و دو سکه خط برگردانده شوند k به k+۱ و چنانچه یک سکه خط و دو سکه شیر برگردانده شود k به k-۱ تبدیل میشود.
حرکت ۱: دو سکهٔ شیر و یک سکه ی خط را برگردانید → k=۲ .
حرکت ۲: حال سه سکه ی خط را برگردانید → k=۵ .
✅ هدف محقق شد.
استدلال: سه سکه خط برگردانده شوند k به k+۳ تبدیل می شود.(توجه شود k نمی تواند از ۵ بیشتر باشد)
سه سکه شیر برگردانده شوند k به k-۳ تبدیل می شود.
اگر یک سکه شیر و دو سکه خط برگردانده شوند k به k+۱ و چنانچه یک سکه خط و دو سکه شیر برگردانده شود k به k-۱ تبدیل میشود.
حرکت ۱: دو سکهٔ شیر و یک سکه ی خط را برگردانید → k=۲ .
حرکت ۲: حال سه سکه ی خط را برگردانید → k=۵ .
✅ هدف محقق شد.
🔹 مثال ۳: پنج چراغ
شرح: پنج چراغ با برق متصل به یک سیستم کنترل داریم.
در ابتدا همه خاموش هستند.
هر بار میتوانید دقیقاً دو چراغ را فشار دهید تا وضعیتشان عوض شود (خاموش ⇄ روشن).
سؤال: آیا میتوان دقیقاً یک چراغ را روشن کرد؟
در ابتدا همه خاموش هستند.
هر بار میتوانید دقیقاً دو چراغ را فشار دهید تا وضعیتشان عوض شود (خاموش ⇄ روشن).
سؤال: آیا میتوان دقیقاً یک چراغ را روشن کرد؟
پاسخ: خیر.
استدلال: فرض کنید
ابتدا
هر حرکت،
پس
استدلال: فرض کنید
k = تعداد چراغهای روشن.ابتدا
k = 0 (زوج).هر حرکت،
k را ۲ واحد زیاد یا کم میکند، یا بدون تغییر میگذارد (اگر یکی روشن و یکی خاموش را بزنید).پس
k همیشه زوج میماند. اما k = 1 فرد است → غیرممکن.
🔹 مثال ۴: ده سکه
شرح: ۱۰ سکه روی میز؛ همه شیر هستند.
در هر حرکت میتوانید دقیقاً چهار سکه را برگردانید.
سؤال: آیا میتوان همه را به خط تبدیل کرد؟
در هر حرکت میتوانید دقیقاً چهار سکه را برگردانید.
سؤال: آیا میتوان همه را به خط تبدیل کرد؟
پاسخ: بله.
استدلال: اگر k تعدادسکه های رو به خط باشد الان k= ۰ .
اگر ۴ سکه خط برگردانده شوند k به k-۴ و اگر ۴ سکه شیر برگردانده شوند k به k+۴ تبدیل می شود.
اگر دو سکه به خط و دو سکه به شیر برگردانده شوند k تغییری نمی کند
اگر سه سکه خط و یک سکه به شیر برگردانده شود k به k+۲ تبدیل و اگر سه سکه شیر و یک سکه به خط برگردانده شود k به k-۲ تبدیل می شود.
آنچه که واضح است مقدار k ، ۴ واحد ۴ واحد و نیز ۲ واحد ۲ واحد تغییر می کند و یا بدون تغییر ثابت می ماند.
هدف رسیدن به k=۱۰ است. آیا امکان پذیر است؟ در کترین حالت با چند حرکت؟
استدلال: اگر k تعدادسکه های رو به خط باشد الان k= ۰ .
اگر ۴ سکه خط برگردانده شوند k به k-۴ و اگر ۴ سکه شیر برگردانده شوند k به k+۴ تبدیل می شود.
اگر دو سکه به خط و دو سکه به شیر برگردانده شوند k تغییری نمی کند
اگر سه سکه خط و یک سکه به شیر برگردانده شود k به k+۲ تبدیل و اگر سه سکه شیر و یک سکه به خط برگردانده شود k به k-۲ تبدیل می شود.
آنچه که واضح است مقدار k ، ۴ واحد ۴ واحد و نیز ۲ واحد ۲ واحد تغییر می کند و یا بدون تغییر ثابت می ماند.
هدف رسیدن به k=۱۰ است. آیا امکان پذیر است؟ در کترین حالت با چند حرکت؟
🎯 نکتهٔ آموزشی
• برای حل این مسائل، ابتدا یک کمیت عددی (مثل تعداد وضعیت خاص) در نظر بگیرید.
• سپس بررسی کنید که آیا این کمیت در هر حرکت مجاز ثابت میماند (یا پاریتهاش ثابت است).
• اگر مقدار اولیه و مقدار مطلوب از نظر این ثابت متفاوت بودند، مسأله غیرقابل حل است.
• سپس بررسی کنید که آیا این کمیت در هر حرکت مجاز ثابت میماند (یا پاریتهاش ثابت است).
• اگر مقدار اولیه و مقدار مطلوب از نظر این ثابت متفاوت بودند، مسأله غیرقابل حل است.
🧩 تمرین مسائل تغییر وضعیت با شرط تعداد ثابت عمل
مبحث مقدار ثابت (Invariant) در تغییرات – پایه یازدهم ریاضی
💡 مقدار ثابت (Invariant): مقداری که تحت عملیات مجاز تغییر نمیکند یا پاریته آن ثابت میماند.
سوال: 1/10
امتیاز: 0
درست: 0
سوال 1 از 10
🎉 تمرین شما به پایان رسید!
0