331 : 十字返し

N×NN \times Nの円盤が正方形のゲーム盤に置かれている。円盤にはそれぞれ黒面と白面がある。

各手番では、円盤を1枚選び、同じ横列と同じ縦列にある円盤をすべて裏返す:ゆえに2×N12 \times N-1枚の円盤が裏返される。すべての円盤が白面となればゲームは終了する。 次の例は5×55 \times 5の盤でのゲームを示している。

p331_crossflips3.gif

このゲームを終わらせる最小の手数は 3 であることが示せる.

N×NN \times Nの盤の左下の円盤を座標(0,0)(0,0)とする。 右下の円盤は座標(N1,0)(N-1,0)で左上の円盤は座標(0,N1)(0,N-1)である。

N×NN \times N枚の盤での次の配置をCNC_Nとする: N1x2+y2N - 1 \leq \sqrt{x^2 + y^2}を満たす(x,y)(x,y)の円盤は黒面である;さもなくば白面である。C5C_5は上に示されている。

配置CNC_Nから始めてゲームを終わらせる最小の手数をT(N)T(N)とする。配置CNC_Nが解けない場合はT(N)T(N)00である。 T(5)=3T(5)=3であることが分かる。またT(10)=29,T(1000)=395253T(10)=29, T(1000)=395253である。

i=331T(2i1)\displaystyle \sum_{i=3}^{31} T(2^i-1)を求めよ。

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