Bất biến chẵn lẻ Loyd–Johnson cho trò chơi 15 ô
Phát biểu
Trong trò chơi trượt ô trên bảng , gọi là số nghịch thế của các ô số (các cặp với sao cho ô đứng trước ô theo thứ tự đọc từng hàng từ trái sang phải) và là chỉ số hàng của ô trống, hay tương đương là khoảng cách Manhattan của ô trống tới góc dưới phải. Khi đó tính chẵn lẻ là bất biến qua mọi bước trượt hợp lệ. Đặc biệt, cấu hình chỉ đổi chỗ hai ô và là vô nghiệm.
Vì sao đúng?
Một bước trượt ngang giữ nguyên hoàn toàn thứ tự đọc theo hàng của ô số, trong khi một bước trượt dọc đưa một ô nhảy qua đúng ô số khác trong thứ tự hàng (làm số nghịch thế thay đổi hoặc , luôn là số lẻ) và đồng thời làm hàng của ô trống thay đổi .
Phác thảo chứng minh
Bước 1 (trượt ngang). Khi ô trống trượt sang trái hoặc phải trong cùng một hàng, không có ô số nào đổi vị trí trong dãy đọc theo hàng của ô số, và ô trống vẫn ở hàng . Do đó và , nên không đổi.
Bước 2 (trượt dọc). Khi ô trống trượt lên hoặc xuống, ô số chuyển vào vị trí cũ của ô trống sẽ dịch chuyển đúng vị trí trong dãy đọc theo hàng của ô số. Đi qua mỗi ô trong ô đó sẽ đảo trạng thái nghịch thế của cặp , làm thay đổi hoặc cho mỗi ô. Tổng thay đổi là , luôn là số lẻ. Đồng thời cũng lẻ, nên là số chẵn.
Bước 3 (đổi chỗ 14 và 15). Đổi chỗ hai ô và khi ô trống giữ nguyên ở hàng làm tăng thêm (từ lên ) trong khi . Vì vậy khác nhau giữa trạng thái đầu () và trạng thái đích (), chứng minh không có dãy bước trượt hợp lệ nào đạt tới trạng thái đích.
Chủ đề chứa định lý này
Chứng minh từng bước
Chưa có chứng minh từng bước cho định lý này.
Tài liệu tham khảo
- Arthur Engel (1998). Problem-Solving Strategies · DOI:10.1007/b97682
- Jessica Striker (2017). Dynamical Algebraic Combinatorics: Promotion, Rowmotion, and Resonance · DOI:10.1090/noti1539