Thue-Morse 序列与免平方字符串

字符串 hello 当中连续出现了两个 l 。字符串 prototype 当中连续出现了两个 ot 。字符串 nonsense 当中连续出现了两个 nse 。如果某个字符串中连续出现了两个相同的片段,换句话说这个字符串里面含有形如 XX 的模式(其中 X 代表一个子串),我们就说这个字符串中含有一个“平方”(square)。如果某个字符串中没有平方出现,我们就说这个字符串是“免平方”的(square-free)。

如果只使用两种字符,比方说字符 0 和字符 1 的话,我们只能构造出一些长度非常有限的免平方字符串。事实上,我们只能构造出以下 6 个免平方字符串: 0 、 1 、 01 、 10 、 010 、 101 。然而,如果允许使用三种字符,比方说字符 0 、 1 、 2 的话,我们不但能够构造出任意长的免平方字符串,还能构造出无限长的免平方字符串。在继续阅读下去之前,你不妨先自己试试看。

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立方和公式的一个组合数学证明

    观察下面几个式子:

      13 = 1; (1)2 = 1
      13 + 23 = 9; (1 + 2)2 = 9
      13 + 23 + 33 = 36; (1 + 2 + 3)2 = 36
      13 + 23 + 33 + 43 = 100; (1 + 2 + 3 + 4)2 = 100
      …… ……

    大家应该可以猜到,事实上,对于任意正整数 n ,下述等式永远成立:

      13 + 23 + … + n3 = (1 + 2 + … + n)2

    这个恒等式的证明方法有很多很多,今天我看到了一种有趣的组合证明方法,来源于《Proofs that Really Count》的第 8 章。

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趣题:Kontsevich的单人跳棋游戏

      

    有一个无限大的棋盘,棋盘左下角有一个大小为 n 的阶梯形区域,其中最左下角的那个格子里有一枚棋子,如左图所示。你每次可以把一枚棋子“分裂”成两枚棋子,分别放在原位置的上边一格和右边一格。你的目的是通过有限次的操作,让整个阶梯里不再有任何棋子。下图所示的是 n = 2 时的一种解法。我们的问题是:对于那些 n ,这个游戏是有解的?

      

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