Hanois tårn og matematisk induksjon

Del 2, alle hjelpemidler

Hanois tårn og matematisk induksjon

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Spillet «Hanois tårn» består av tre pinner og en mengde disker med ulik radius som skal tres på pinnene.

Når spillet starter, skal alle diskene være plassert på samme pinne. Ingen av diskene skal ha en større disk liggende oppå seg.

Målet er å flytte alle diskene over på én av de to ledige pinnene. Det er bare lov å flytte én disk av gangen. Diskene som ikke flyttes, må ligge på en pinne. Det er aldri lov å plassere en større disk oppå en mindre disk.

Det minste antallet forflytninger du må gjøre for å flytte n disker kaller vi F(n).

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Bestem F(3).

Hanois tårn – 3 disker

Det er en rekursiv sammenheng mellom F(n) og F(n−1).

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Bestem den rekursive sammenhengen. Bruk denne til å bestemme F(10).

Hanois tårn – mange disker

Det finnes også en eksplisitt formel for F.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Undersøk og finn denne formelen.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Bevis formelen ved å bruke induksjon på antall disker n.

Fasit

F(3)=7

F(n)=2F(n−1)+1, F(1)=1, F(10)=1023

F(n)=2n−1

Bevist ved induksjon, se løsningsforslag.

LøsningsforslagKI-generert

Med 3 disker må vi først flytte de 2 øverste diskene over på hjelpepinnen. Det tar 3 trekk (siden F(2)=3). Deretter flytter vi den nederste (største) disken direkte til målpinnen — det er 1 trekk. Til slutt flytter vi de 2 diskene fra hjelpepinnen oppå den store disken på målpinnen, som igjen tar 3 trekk.

Totalt antall trekk blir da

F(3)=3+1+3=7

F(3)=7

Samme resonnement som i a) gjelder for et vilkårlig antall disker n. For å flytte n disker fra startpinnen til målpinnen må vi

  1. flytte de n−1 øverste diskene over på hjelpepinnen: F(n−1) trekk
  2. flytte den største (nederste) disken direkte til målpinnen: 1 trekk
  3. flytte de n−1 diskene fra hjelpepinnen oppå den store disken på målpinnen: F(n−1) trekk

Dette gir den rekursive sammenhengen

F(n)=2F(n−1)+1,F(1)=1

Vi bruker sammenhengen til å regne oss trinnvis oppover til F(10):

F(1)=1, F(2)=3, F(3)=7, F(4)=15, F(5)=31, F(6)=63, F(7)=127, F(8)=255, F(9)=511, F(10)=1023

F(10)=1023

Vi ser på verdiene vi fant i b):

1, 3, 7, 15, 31, 63, 127, 255, 511, 1023, …

Hvert tall er nøyaktig 1 mindre enn en potens av 2:

21−1, 22−1, 23−1, 24−1, 25−1, …

Dette gir mistanke om den eksplisitte formelen

F(n)=2n−1

Vi beviser formelen F(n)=2n−1 ved komplett induksjon på n.

Grunntilfelle (n=1):

F(1)=1og21−1=1

Formelen stemmer for n=1.

Induksjonshypotese: Anta at formelen er sann for et vilkårlig k≥1, altså at

F(k)=2k−1

Induksjonssteg: Vi skal vise at formelen da også er sann for n=k+1. Fra den rekursive sammenhengen i b) har vi F(k+1)=2F(k)+1. Setter vi inn induksjonshypotesen får vi

F(k+1)=2F(k)+1=2(2k−1)+1=2k+1−2+1=2k+1−1

Dette er nettopp formelen for n=k+1.

Konklusjon: Siden formelen er sann for n=1, og siden den er sann for n=k+1 hver gang den er sann for n=k, følger det ved induksjon at

F(n)=2n−1 for alle n∈ℕ

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i matematikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt