MathLabs

第5問

6個の箱 B1,B2,B3,B4,B5,B6B_1,B_2,B_3,B_4,B_5,B_6 には最初それぞれ1枚のコインが入っている。種類1の操作では、1≤j≤51\le j\le5 を満たす空でない箱 BjB_j を選び、コインを1枚取り出して Bj+1B_{j+1} に2枚加える。種類2の操作では、1≤k≤41\le k\le4 を満たす空でない箱 BkB_k を選び、コインを1枚取り出し、(空でもよい)箱 Bk+1B_{k+1} と Bk+2B_{k+2} の中身を交換する。有限回の操作によって B1,B2,B3,B4,B5B_1,B_2,B_3,B_4,B_5 を空にし、B6B_6 にちょうど 2010201020102010^{2010^{2010}} 枚のコインを入れられるか判定せよ。ここで abca^{b^c} は a(bc)a^{(b^c)} を意味する。
ステップ 3/5: 5回の複合操作で目標を超える
A=2222211 >2010201020104A=2^{2^{2^{2^{2^{11}}}}}\ >\frac{2010^{2010^{2010}}}{4}
詳しい解説

(0,0,5,11,0,0)(0,0,5,11,0,0) から複合操作を5回行う。非零の組は (5,11)→(4,211)→(3,2211)→(2,22211)→(1,222211)→(0,A)(5,11)\to(4,2^{11})\to(3,2^{2^{11}})\to(2,2^{2^{2^{11}}})\to(1,2^{2^{2^{2^{11}}}})\to(0,A) と推移し、A=2222211A=2^{2^{2^{2^{2^{11}}}}} である。大きさを比較するため、2010<2112010<2^{11} より 201020102010<211⋅211⋅2112010^{2010^{2010}}<2^{11\cdot2^{11\cdot2^{11}}}。一方 22211>11⋅211⋅2112^{2^{2^{11}}}>11\cdot2^{11\cdot2^{11}} なので、A>201020102010A>2010^{2010^{2010}}、特に示した不等式が成り立つ。(より強い不等式でも問題ない。)