• 开灯关灯问题


    http://www.cnblogs.com/haolujun/archive/2012/10/10/2719031.html

    有编号1~100个灯泡,起初所有的灯都是灭的。有100个同学来按灯泡开关,如果灯是亮的,那么按过开关之后,灯会灭掉。如果灯是灭的,按过开关之后灯会亮。

    现在开始按开关。

    第1个同学,把所有的灯泡开关都按一次(按开关灯的编号: 1,2,3,......100)。
    第2个同学,隔一个灯按一次(按开关灯的编号: 2,4,6,......,100)。
    第3个同学,隔两个灯按一次(按开关灯的编号: 3,6,9,......,99)。
    ......

    问题是,在第100个同学按过之后,有多少盏灯是亮着的?

    这个问题有一个数学上的解决方法。可以看出,被按了奇数次的灯泡应该是亮着的,被按了偶数次的灯泡应该是灭的。那么什么样的灯泡被按了奇数次?什么样的灯泡又被按了偶数次呢?从按的过程可以发现,如果一个灯泡的编号具有偶数个因子,那么该灯泡就被按了偶数次,反之按了奇数次。现在的问题又变成,什么样的编号具有奇数个因子,什么样的编号具有偶数个因子?这涉及到一个叫做质因数分解的定理,大概的意思是说,任何正数都能被唯一表示成多个质因数幂次乘积的方式。

    例如:

    14=2*7
    50=2*5^2
    ...
    100=2^2*5^2

    也就是N=(p[1]^e[1])*(p[2]^e[2])*......*(p[k]^e[k]),其中p[i]是质数,e[i]是p[i]的幂次。而由这个公式我们又可以导出一个数有多少个因子的计算公式:FactorNumber(N)=(e[1]+1)*(e[2]+1)*......*(e[k]+1)。

    那么什么条件下满足FactorNumber(N)是奇数呢?显然必须所有的e[1],e[2],......,e[k]都必须是偶数,这样才能保证e[i]+1是奇数,结果乘积才能是奇数。而由于e[1],e[2],......,e[k]都是偶数,那么N一定是一个完全平方数(因为sqrt(N)=(p[1]^(e[1]/2))*(p[2]^(e[2]/2))*......*(p[k]^(e[k]/2))是整数) 。回到按灯泡的问题上来,1~100中完全平方数有1,4,9,16,25,36,49,64,81,100这10个数,也就是说最后只有编号为这10个数的灯是亮着的。

    这里解释一下 FactorNumber(N)=(e[1]+1)*(e[2]+1)*......*(e[k]+1)。为什么F(N)等于所有的e(i)+1 相乘,

    对n进行质因数分解。不失一般性,假设n=x^a * y^b * z^c * ……. x^a表示x的a次幂。 那么n的约数相当于x取(0次幂,1次幂,……,a次幂),y取(0次幂,1次幂,……,b次幂),z取(0次幂,1次幂,……,c次幂),……。其约数的个数等于(a+1)*(b+1)*(c+1)*……。当所有的指数都为0是,约数为1,当所有的指数取最大时,为n本身。

    若想使约数的个数为奇数,则a,b,c,……必须均为偶数,也就是说n必须是完全平方数。

    20 = 1*2^2*5^1;

    20 = 1*20=2*10=4*5都是成对出现的,20的约束的个数= 3(2的指数+1) *2(5的指数+) = 6 

    36 = 1*36=2*18=3*12=4*9=6*6 完全平方数不是成对出现的,而是有单数出现。

    ~正如一楼所言,这个题就是考察1~100每个数字的因子数的奇偶性。有奇数个因数的灯状态和初始状态相异,反之,因数是偶数个的,灯的状态不变。举两个例子:2号灯有1和2两个因数(2=12),所以开关两次,等状态不变;4号灯有1、2、4三个因数,(4=14=22)按三次,和初始状态不同,即一开始灯是灭着的,按完三次灯就亮了。 
    为什么举这两个例子呢?是有道理的,呵呵。我们注意到,每个数字的因数都是成对出现的,比如每个数字都至少有1和它本身(1是特例,1就是它本身)两个因数,再比如36的因数1和36,2和18,3和12,4和9,都是成对出现的。所以,当且仅当,某个数字中成对出现的两个因数相同时,(比如上面的例子4有2
    2这对因子),即这个数字可以被开方是整数时,它的因子个数才会变为奇数。 
    所以可以有下面的结论,开方结果是整数的数(灯),最后是亮的,也就是说号码为1的平方、2的平方、3的平方……10的平方的灯,即号码为1、4、9、16、25、36、49、64、81、100的灯,这10展灯是亮的。

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