quote:
Aangezien Amoeba, aan wie het
vraagstuk was opgegeven, het volledig af heeft laten weten en jij kennelijk ook niet meer genegen bent om je erin te verdiepen geef ik hier voor eventuele andere geïnteresseerden maar even mijn uitwerking.
De voortbrengende functie voor de uitkomsten van een worp met één reguliere dobbelsteen is
x + x
2 + x
3 + x
4 + x
5 + x
6Dit polynoom heeft 6 termen waarbij de coëfficiënt van elke term 1 is en de exponent van x van elke term het aantal ogen voorstelt op een zijde van de dobbelsteen. Door dit polynoom met zichzelf te vermenigvuldigen krijgen we de voortbrengende functie voor de uitkomsten van een worp met twee reguliere dobbelstenen. Het is eenvoudig in te zien waarom dit zo is. Als we namelijk dit polynoom met zichzelf vermenigvuldigen, dan vermenigvuldigen we elke term uit de eerste factor met elke term uit de tweede factor. Elk product stelt daarbij één mogelijke uitkomst voor bij een worp met de twee dobbelstenen. Aangezien exponenten optellen bij vermenigvuldiging krijgen we zo een polynoom waarvan de exponenten van x van de termen lopen van 2 tot en met 12 en waarbij de coëfficiënt van elke term het aantal manieren geeft waarop met twee dobbelstenen het totaal aantal ogen gelijk aan de exponent van die term kan worden verkregen. En dus hebben we zo inderdaad de voortbrengende functie voor de uitkomsten van een worp met twee reguliere dobbelstenen.
Willen we nu twee dobbelstenen vinden waarbij het aantal ogen op elk van de zes vlakjes van elk van beide dobbelstenen geheel en positief is, de dobbelstenen niet 'normaal' zijn en de verdeling van de mogelijke uitkomsten bij het werpen met deze twee 'speciale' dobbelstenen niettemin identiek is aan de verdeling van de mogelijke uitkomsten bij het werpen met twee 'normale' dobbelstenen, dan moet dus het product van de voortbrengende functies P(x) en Q(x) voor de uitkomsten van een worp met elk van deze 'speciale' dobbelstenen identiek zijn aan het kwadraat van de voortbrengende functie van de uitkomsten van een worp met één reguliere dobbelsteen, zodat moet gelden
(1) P(x)Q(x) = (x + x
2 + x
3 + x
4 + x
5 + x
6)
2Nu moeten de polynomen P(x) en Q(x) wel aan een aantal voorwaarden voldoen. De algemene gedaante van een voortbrengende functie voor de uitkomsten van worp met een dobbelsteen met zes vlakjes is
x
m + x
n + x
p + x
q + x
r + x
swaarbij m, n, p, q, r, s positieve gehele getallen zijn die de aantallen ogen voorstellen op elk van de zes vlakjes van de dobbelsteen. Aangezien een dergelijk polynoom geen constante term heeft, moet voor de te vinden polynomen P(x) en Q(x) dus gelden
(2) P(0) = 0, Q(0) = 0
Verder is de som van de coëfficiënten van de termen van een voortbrengende functie voor de uitkomsten van een worp met een dobbelsteen met zes vlakjes gelijk aan 6. Dit geldt uiteraard ook als twee of meer van de positieve gehele getallen m, n, p, q, r, s gelijk aan elkaar zijn en het aantal termen van het polynoom dus minder is dan 6. Als bijvoorbeeld n = m, dan is x
m + x
n = 2x
m zodat aan de som van de coëfficiënten van het polynoom niets verandert. De coëfficiënten van de te vinden polynomen P(x) en Q(x) zijn dus positief en geheel en voor deze polynomen moet ook gelden
(3) P(1) = 6, Q(1) = 6
Nu volgt uit (1) dat het product P(x)Q(x) dezelfde factoren bevat als (x + x
2 + x
3 + x
4 + x
5 + x
6)
2 en dat betekent dat elk van de factoren van (x + x
2 + x
3 + x
4 + x
5 + x
6)
2 een factor is van hetzij P(x) hetzij Q(x). Ontbinden we dus x + x
2 + x
3 + x
4 + x
5 + x
6 en daarmee (x + x
2 + x
3 + x
4 + x
5 + x
6)
2 in factoren, dan kunnen we nagaan of we deze factoren op een zodanige wijze over P(x) en Q(x) kunnen verdelen dat beide polynomen ongelijk zijn aan x + x
2 + x
3 + x
4 + x
5 + x
6 terwijl nog steeds aan de voorwaarden (2) en (3) wordt voldaan. Als dit lukt, dan hebben we de voortbrengende functies en daarmee de verdeling van de ogen van de gevraagde speciale dobbelstenen gevonden.
Welnu, het ontbinden in factoren van de veelterm x + x
2 + x
3 + x
4 + x
5 + x
6 is niet moeilijk. Om te beginnen kunnen we een factor x buiten haakjes halen, en dit geeft
x(1 + x + x
2 + x
3 + x
4 + x
5)
Nu is gemakkelijk te zien dat de veelterm 1 + x + x
2 + x
3 + x
4 + x
5 een nulpunt x = −1 heeft, zodat deze veelterm een factor (x + 1) bevat. Halen we per tweetal opeenvolgende termen een factor (1 + x) buiten haakjes, dan krijgen we
1 + x + x
2 + x
3 + x
4 + x
5 = (1 + x) + (1 + x)x
2 + (1 + x)x
4 = (1 + x)(1 + x
2 + x
4)
De veelterm 1 + x
2 + x
4 kunnen we nog ontbinden in twee kwadratische veeltermen. Met behulp van kwadraatafsplitsing krijgen we
1 + x
2 + x
4 = (1 + x
2)
2 − x
2 = (1 + x + x
2)(1 − x + x
2)
De kwadratische veeltermen 1 + x + x
2 en 1 − x + x
2 zijn niet verder te ontbinden in reële lineaire factoren (en dus
a fortiori niet in lineaire factoren met gehele coëfficiënten) aangezien de discriminanten van deze kwadratische veeltermen negatief zijn. We vinden dus
x + x
2 + x
3 + x
4 + x
5 + x
6 = x(1 + x)(1 + x + x
2)(1 − x + x
2)
zodat we op grond van (1) hebben
(4) P(x)Q(x) = x
2(1 + x)
2(1 + x + x
2)
2(1 − x + x
2)
2We hebben nu acht factoren die we moeten verdelen over P(x) en Q(x). Het is duidelijk dat P(x) en Q(x) elk één factor x moeten bevatten, aangezien op grond van (2) moet gelden P(0) = 0 en tevens Q(0) = 0. Verder is het zo dat de factoren (1 + x), (1 + x + x
2) en (1 − x + x
2) voor x = 1 gelijk zijn aan resp. 2, 3 en 1. En aangezien op grond van (3) moet gelden P(1) = 6 en tevens Q(1) = 6 volgt uit (4) dat P(x) en Q(x) elk één factor (1 + x) en één factor (1 + x + x
2) moeten bevatten.
Nu blijven alleen nog de beide factoren (1 − x + x
2) over om te verdelen over P(x) en Q(x). Het is echter duidelijk dat de beide factoren (1 − x + x
2) samen in één van de beide polynomen P(x) en Q(x) moeten zitten als deze polynomen ongelijk moeten zijn aan x + x
2 + x
3 + x
4 + x
5 + x
6. Er is dus, afgezien van de verwisseling van P(x) en Q(x),
precies één paar voortbrengende functies P(x) en Q(x) dat aan het gevraagde voldoet. Stoppen we de beide factoren (1 − x + x
2) in Q(x) dan hebben we
(5) P(x) = x(1 + x)(1 + x + x
2) = x + 2x
2 + 2x
3 + x
4en
(6) Q(x) = x(1 + x)(1 + x + x
2)(1 − x + x
2)
2 = x + x
3 + x
4 + x
5 + x
6 + x
8De gevraagde verdeling van de aantallen ogen op de speciale dobbelstenen is dus (1, 2, 2, 3, 3, 4) en (1, 3, 4, 5, 6, 8).
[ Bericht 0% gewijzigd door Riparius op 24-08-2014 23:46:06 ]