专题地图 › 经典的计数模型
2015 年河南预赛 · 第 8 题
F3填空题经典的计数模型
已知集合
Ak={2k−1+ak−22ak−2+k−2+ak−32ak−3+k−3+⋯+a12a1+1+a02a0ai∈{0,1},i=0,1,2,…,k−2},
用 nk 表示集合 Ak 中所有元素的和,则 k=1∑2015nk=。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
标准答案:324031−3⋅22015+1
解析
思路
先识别每个零一变量对应独立二进制位,保证表示唯一,再统计每一位对全体元素和的贡献。
解答
因 ai∈{0,1},有 ai2ai+i=ai2i+1。所以
Ak={2k−1+2j:0≤j<2k−1}.
二进制位表示唯一,集合共有 2k−1 个元素。k≥2 时,每一自由位有一半选择取一,因此
nk=2k−1⋅2k−1+2k−2i=0∑k−22i+1=2k−1(2k−1).
k=1 时自由位为空,A1={1},同式成立。于是
k=1∑2015nk=2j=0∑20144j−j=0∑20142j=324031−3⋅22015+1.
复核
A2={2,4},元素和为六,公式也给 2(4−1)=6。也可将 Ak 看成首项 2k−1、末项 3⋅2k−1−2 的等差列求和,得到同一 nk。
方法总结
零一参数加权生成的集合须先证唯一表示,再用逐位贡献或等差结构求全体元素和。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
需化简零一参数的指数权并证二进制表示唯一,再以逐位贡献求集合元素和,空自由位及大幂求和均需核下标。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:数位、进位与位数估计、算两次与贡献法
专题卡:所有子集的元素和:固定一个元素,数它出现几次、有整数上界:按首次小于的位置分类