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Determinar el número de caminos para pasar de la celda superior izquierda a la inferior derecha de la celda, de tal forma que hay un número de cambios de dirección

Determinar el número de caminos para pasar de la celda superior izquierda a la inferior derecha de la celda en la $8 \times 6$ (de modo que la altura es de $6$ unidades y la longitud de la $8$ unidades) celda de la cuadrícula utilizando una secuencia de abajo se mueve y rightwards mueve tal que hay un número de cambios de dirección.

Estoy un poco perdido en esto. Sé que hay un $(8+6)!/(8!\cdot 6!)$ formas de llegar desde la esquina superior izquierda a la esquina inferior izquierda, pero por lo demás no estoy seguro de qué hacer. Por supuesto, que se trata de "ensuciarme las manos" y trabajó posibles caminos que tienen un uniforme y un número impar de cambios de dirección, pero no estoy seguro de si ellos me han ayudado mucho hasta ahora.

9voto

jvdhooft Puntos 550

Observar que si primero se mueve a la derecha, usted debe terminar con un movimiento a la derecha, y si se mueve hacia abajo, usted debe terminar con un movimiento hacia abajo. En el primer caso, se queda con una cuadrícula de $6 \times 6,$ ha $12 \choose 6$ válido mueve. En el último caso, se queda con una cuadrícula de $8 \times 4,$ ha $12 \choose 8$ válido mueve. El número de maneras para lograr un número de cambios de dirección, por lo tanto es igual a:

$${12 \choose 6} + {12 \choose 8} = 924 + 495 = 1419$$

4voto

N. Shales Puntos 51

Vamos a generar todo el entramado de caminos con $h$ horizontal se mueve, $v$ vertical se mueve y $c$ cambios en la dirección. El número de celosía caminos será el $x^hy^vz^c$ coeficiente de algunos de generación de la función de la serie de $f(x,y,z)$.

Esta función se puede dividir en función de todos esos caminos que terminan con un mover horizontal $f_x(x,y,z)$, en función de todos esos caminos que terminan con un mover vertical $f_y(x,y,z)$ y la ruta vacía $1$.

$$f=1+f_x+f_y\, .\tag{1}$$

Ahora, los caminos que terminan en un mover horizontal $f_x$ son

  • un solo movimiento $x$,
  • un camino que termina en un mover horizontal $f_x$, seguido por otro mover horizontal $x$,
  • un camino que termina en un verical mover$f_y$, seguido por un mover horizontal $x$ y por lo tanto también un cambio en la dirección $z$.

$$\begin{align} && f_x&=x+f_xx +f_yxz\\[1ex] &\implies & f_x&=\frac{x+f_yxz}{1-x}\, .\tag{2}\end{align}$$

Del mismo modo podemos argumentar para $f_y$:

$$\begin{align} &&f_y&=y+f_yy+f_xyz\\[1ex] &\implies & f_y&=\frac{y+f_xyz}{1-y}\, .\tag{3}\end{align}$$

Podemos sustituir el $(3)$ $(2)$ eliminando $f_y$ dar:

$$\begin{align} &&f_x&=\frac{x}{1-x}+\frac{xyz}{(1-x)(1-y)}+\frac{f_xxyz^2}{(1-x)(1-y)}\\[1ex] &\implies &f_x&=\frac{x(1-y)+xyz}{(1-x)(1-y)-xyz^2}\, .\tag{4}\end{align}$$

Del mismo modo eliminando $f_x$ tenemos

$$f_y=\frac{y(1-x)+xyz}{(1-x)(1-y)-xyz^2}\, ,\tag{5}$$

a continuación, la introducción de $(4)$ $(5)$ a $(1)$ y simplificando, se obtiene:

$$f(x,y,z)=\frac{1-xy(1-z)^2}{1-x-y+xy-xyz^2}\, .\tag{6}$$

Esta es nuestra generación la función para la red de rutas con cambios de dirección.

Podríamos, en este punto, usar un sistema algebraico por computadora un sabio para encontrar los coeficientes de todas las $x^8y^6z^{\text{even}}$$(6)$, a continuación, agregarlos a recibir nuestra respuesta. Sin embargo, hay un truco útil que podemos usar, llamada la transformada de Fourier Discreta (DFT) que hará que nuestra respuesta fácil de calcular.

Tomamos nota de que la solución deseada sería el $x^8y^6$ coeficiente de

$$\begin{align}\tfrac{1}{2}(f(x,y,1)+f(x,y,-1))&=\frac{1-2xy}{1-(x+y)}\\[1ex] &=\sum_{k\ge 0}(x+y)^k-2xy\sum_{k\ge 0}(x+y)^k\end{align}\tag{7}$$

ya que estamos utilizando la raíz cuadrada de la unidad $\{1,-1\}$ impar poderes de $z$ cancelar y le suma la aún coeficientes.

Así, la necesaria $x^8y^6$ coeficiente con el operador $[x^8y^6]$$(7)$:

$$\begin{align}[x^8y^6]\tfrac{1}{2}(f(x,y,1)+f(x,y,-1))&=[x^8y^6]\sum_{k\ge 0}(x+y)^k-2[x^7y^5]\sum_{k\ge 0}(x+y)^k\\[1ex] &=\binom{8+6}{6}-2\binom{7+5}{5}\\[1ex] &=\binom{14}{6}-2\binom{12}{5}\\[1ex]& =1419\tag{Answer}\end{align}$$

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