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第4問

32×3232\times32 の盤を考える。左下のマスに、上向きのねずみを置き、他のいくつかのマスにチーズを置く。ねずみは動き始め、チーズに到達しない限り直進するが、チーズに到達するとその一部を食べて右に曲がり、その後も直進する。この過程でねずみが各チーズをちょうど1回ずつ味わってから盤の外へ落ちるとき、チーズのあるマスの集合を良い集合と呼ぶ。(a) 888888 個のマスからなる良い集合は存在しないこと、(b) 少なくとも 666666 個のマスからなる良い集合が存在することを示せ。
ステップ 3/4: (b): 再帰的なタイルの族
∣L1∣=3,∣Xi∣=∣Li∣−1,∣Li+1∣=4∣Li∣−1|L_1|=3,\quad |X_i|=|L_i|-1,\quad |L_{i+1}|=4|L_i|-1
詳しい解説

2i×2i2^i\times2^i のタイルを再帰的に構成する。基本となる 2×22\times2 の「左折」タイル L1L_1 は、ねずみが左下のマスに上向きで入り、左下のマスに左向きで出ることを可能にし、33 個のチーズマスを使う;「交差」タイル X1X_1 は、そのような経路2本を交差させることを可能にし、∣L1∣−1=2|L_1|-1=2 個のチーズマスを使う。サイズ 2i×2i2^i\times2^i のタイル Li,XiL_i,X_i が与えられたとき、その4枚(LiL_i を3枚、XiX_i を1枚、適切に回転)を 2×22\times2 のブロックに配置すると、同じ折れ曲がり・交差の挙動を持つ 2i+1×2i+12^{i+1}\times2^{i+1} のタイル Li+1,Xi+1L_{i+1},X_{i+1} が得られ、境界の1マスは二重に数えず共有されるので ∣Li+1∣=4∣Li∣−1|L_{i+1}|=4|L_i|-1、∣Xi∣=∣Li∣−1|X_i|=|L_i|-1 となる。