递增长数字链三段两两含相同数码的分割计数
设 为长为 的数码链:
现在这 个数码中添加 个逗号,将 分割成三段 (顺序不变)。 则使得 与 、 与 、 与 均有相同数码的分割方式 的总数为。
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
容斥原理在扣除坏事件时,须把同时属于两类的对象补回。这里切口只能放在四十四个内部间隙,保证三段非空;数码首次出现位置可用三角数定位。
想法从哪来:三段要两两有共同数码,直接找满足条件的切口会有许多重叠情形。先从全部内部切口对出发,扣掉某一对段没有共同数码的坏事件。数码链由逐渐加长的前缀组成,核心信息不是逐个数码的位置,而是每个数码首次出现和最后几次出现的阈值。 前段必含一,这会迫使与它不相交的段避开后续所有一;末段若还含完整的最后区块,就不可能与任何非空段完全无交。因而坏切口集中在新区块尾数或最后区块内部,只需按阈值分类。容斥时再单独检查末尾独有数码造成的双重坏事件,不能把三个坏事件数简单相加。
把两处切口记为 ,总数为 。对三对段落分别定义 “没有共同数码”的坏事件,利用数码链由
依次拼接的结构计数,再用容斥原理。
把 个位置从 到 编号,在第 与第 个数码后放逗号,其中
全部分割共有
种。
记 表示 没有共同数码,类似定义 。
先求 。段 一定含数码 ,故 不能跨过任何后续的 。 当进入区块 时,前缀已含 ,所以该区块中唯一可能与 前缀无共同数码的非空中段只能是首次出现的末位数码 本身。为使 非空, 可取 ,故
再求 。若 ,则 含完整的末区块 ,不可能与 非空的 无共同数码。令
此时 的数码集合为 。当 时, 含数码 ,而数码 在末区块之前最后出现于位置 ,故必须且只需 ,共有 种。 时, 只有数码 ,它此前未出现,因而 均可。于是
最后求 。由于 含数码 ,仍须有 。沿用 。当 时, 中最早出现过的数码是 ,它第一次 出现于位置
所以 可取 。当 时,受 限制, 共有 种。因此
事件 中的 是某个数码 ,它在后续区块中还会 出现;同时 都含 ,故 与另外两个坏事件均无交集。 当 时, 要求 ,而 要求 , 不能同时发生;当 即 时,末段只有此前未出现的数码 , 全部同时属于 。所以
由容斥原理,至少有一对段落没有共同数码的分割数为
故符合题意的分割方式总数为
切口总数要求三段均非空,故是从 个内部间隙选两个。对三个坏事件的计数按 与末区块内切分穷尽;唯一非空的坏事件交集已在 (4) 中补回,没有三重交集。
重复前缀链的分割计数,应先记录每个数码的首次和末次出现位置。题目要求三个对象两两 相交时,补集由三类“两两不相交”事件组成,适合用容斥原理和位置阈值统一计数。
三种无共同数码事件受到首现、末现位置不同的限制,需分别推导合法逗号区间并辨认唯一有交的坏事件组合。
已记下,谢谢!