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第3問

嘘つき当てゲームでは、A が 1≤x≤N1\le x\le N を満たす整数 xx を選び、B に NN を知らせる。B は任意の正整数集合 DD について「xx は DD に属するか」と質問する。A は各質問に真または偽で答えられるが、任意の連続する k+1k+1 個の回答のうち少なくとも一つは真でなければならない。有限回の質問の後、B は高々 nn 個の正整数からなる集合 XX を指定し、x∈Xx\in X なら勝ちである。(a) n≥2kn\ge2^k なら B が勝利を保証できること、(b) 十分大きいすべての kk に対し、n≥1.99kn\ge1.99^k でどの戦略も勝利を保証できないものがあることを示せ。
ステップ 1/3: 回答を候補集合として書き直す
ざっくり言うと

真の回答は x が選んだ集合に属することを、嘘の回答は補集合に属することを意味する。したがって k+1 回ごとのブロックは真の x を覆わなければならない。

Pj∈{Dj,Djc},x∈Pj∪⋯∪Pj+kP_j\in\{D_j,D_j^c\},\qquad x\in P_j\cup\cdots\cup P_{j+k}
詳しい解説

j 番目の質問で B の集合を DjD_j とし、A が yes と答えれば PjP_j は DjD_j、no と答えれば P_j は DjcD_j^c とする。任意の連続する k+1k+1 個の回答の一つは真なので、すべての j で未知の x は Pj∪⋯∪Pj+kP_j\cup\cdots\cup P_{j+k} に属する。