به محفل ریاضی ایرانیان خوش آمدید! لطفا برای استفاده از تمامی امکانات عضو شوید
سایت پرسش و پاسخ ریاضی
Visanil
+1 امتیاز
295 بازدید
در دبیرستان توسط AliM?07 (43 امتیاز) 1 نشانه گذاری شده
ویرایش شده توسط قاسم شبرنگ

ماتریس A ، یک ماتریس 10 \times 10 است که درایه هایش 0 و 1 هستند. اگر A^2= \overline{0} ، ماتریس A حداکثر چند درایه 1 دارد؟

(منظور از \overline{0} ماتریسی است که تمام درایه های آن صفرند)

4 پاسخ

0 امتیاز
توسط AliM?07 (43 امتیاز)
انتخاب شده توسط AliM?07
 
بهترین پاسخ

اگر در سطر i ام یک داشته باشیم، در ستون i ام یک نداریم (چرا؟استفاده از تعریف) در نتیجه اگر در n سطر ۱ داشته باشیم تعداد یک ها حداکثر n(10-n) است میدانیم بیشترین مقدار این عبارت ۲۵ است و در اینجا نیز ۲۵ قابل قبول است به مثال زیر توجه کنید:

۱    ۱    ۱    ۱    ۱   ۰   ۰   ۰   ۰   ۰

۱    ۱    ۱    ۱    ۱   ۰   ۰   ۰   ۰   ۰

۱    ۱    ۱    ۱    ۱   ۰   ۰   ۰   ۰   ۰

۱    ۱    ۱    ۱    ۱   ۰   ۰   ۰   ۰   ۰

۱    ۱    ۱    ۱    ۱   ۰   ۰   ۰   ۰   ۰

۰   ۰   ۰    ۰    ۰    ۰   ۰   ۰   ۰   ۰

۰   ۰   ۰    ۰    ۰    ۰   ۰   ۰   ۰   ۰

۰   ۰   ۰    ۰    ۰    ۰   ۰   ۰   ۰   ۰

۰   ۰   ۰    ۰    ۰    ۰   ۰   ۰   ۰   ۰

۰   ۰   ۰    ۰    ۰    ۰   ۰   ۰   ۰   ۰

+2 امتیاز
توسط Mathematician (21 امتیاز)

فرض کنید یک ماتریس 10 \times 10 به نام A داریم که درایه‌های آن صفر و یک هستند. همچنین می‌دانیم که A^2 برابر با ماتریس صفر است. هدف ما پیدا کردن بیشترین تعداد یک‌های ممکن در ماتریس A است.

وقتی A^2 برابر با ماتریس صفر می‌شود، یعنی ضرب داخلی هر سطر A در هر ستون A برابر با صفر است. این یعنی اگر در جایگاه (i, k) یک داشته باشیم، نمی‌توانیم در جایگاه (k, j) برای هیچ jای یک داشته باشیم.

می‌توانیم ماتریس A را به عنوان ماتریس مجاورت یک گراف جهت‌دار در نظر بگیریم. شرط A^2 = \bar{0} به این معنی است که هیچ مسیری به طول دو در این گراف وجود ندارد.

گره‌ها را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد: منابع (گره‌هایی که یال‌های خروجی دارند) و چاه‌ها (گره‌هایی که هیچ یال خروجی ندارند). برای اینکه مسیر به طول دو نداشته باشیم، یال‌ها فقط می‌توانند از منابع به چاه‌ها بروند.

تعداد یال‌ها (یک‌ها در ماتریس) زمانی بیشترین مقدار را دارد که گراف یک گراف دوبخشی کامل باشد. در یک گراف دوبخشی کامل با s منبع و t چاه، تعداد یال‌ها برابر با s \times t است.

برای بیشینه کردنِ s \times t با شرط s + t = 10، باید s و t تا حد امکان به هم نزدیک باشند. اگر s = 5 و t = 5 باشد، حاصل ضرب s \times t برابر با 5 \times 5 = 25 می‌شود.

می‌توانیم ماتریسی بسازیم که در آن یک بلوک 5 \times 5 از یک‌ها از منابع به چاه‌ها وجود داشته باشد و بقیه درایه‌ها صفر باشند. در این صورت A^2 برابر با ماتریس صفر خواهد بود. اگر یکِ دیگری اضافه کنیم، یک مسیر به طول دو ایجاد می‌شود که با شرط مسئله در تناقض است. پس بیشترین تعداد یک‌های ممکن در ماتریس A برابر با 25 است.

+1 امتیاز
توسط قاسم شبرنگ (3,537 امتیاز)
ویرایش شده توسط قاسم شبرنگ

حکم را در حالت کلی برای ماتریسهای n \times n به کمک استقراء ثابت می کنیم:

اولن توجه کنید که چون درایه ها غیر منفی هستند اگر A ماتریسی \ (n+1) \times (n+1)با شرای مساله باشد و ماتریس A' از حذف سطر آخر و ستون آخر ماریس A به دست بیاید باز هم A' ماتریسی با شرایط مساله است.(چرا؟).اگر برای ماتریس n \times n با شرایط مساله حداکثر تعداد 1 ها را با \phi (n) نشان دهیم داریم:

\phi (1)=0, \phi (2)=1(چرا؟)

حالا فرض کنید که حکم برای ماتریس مدنظر n \times n دلخواه درست باشد.ماتریس مد نظر A که (n+1) \times (n+1) است را در نظر بگیرید:

\forall 1 \leq i,j \leq n+1:

0= \sum _ {k=1}^{n+1}a _ {ik}.a_{kj}

= \sum _ {k=1}^n a _ {ik}a_{kj}+a _ {i(n+1)}a_{(n+1)j}

=0+a_{i(n+1)}a_{(n+1)j}

=a_{i(n+1)}a_{(n+1)j}

\Rightarrow a_{i(n+1)}=0 \vee a_{(n+1)j}=0

حالا با توجه به اینکه a_{(n+1) \times (n+1)}=0 بدترین حالت این است که n تا از درایه های بالا که همان درایه های سطر و ستون n+1 ام اند 1 باشند.(چرا؟) لذا داریم:

\phi(n+1) \leq \phi (n)+n

\Rightarrow \phi (n+1) \leq \phi (2)+2+3+...+n=1+2+3+...+n

\Rightarrow \phi (n) \leq 1+2+...+(n-1)= \frac{1}{2} n(n-1)

\Rightarrow \phi (10) \leq \frac{10.9}{4} =45

\Box

کرانی که در این استدلال آمده خیلی بزرگ است.ممکن است بتوان کران کوچکتری برای \phi پیدا کرد.

توسط User94 (101 امتیاز)
 \sum_{k=1}^{n+1} a_{ik}a_{kj}
توسط AliM?07 (43 امتیاز)
با تشکر از شما با بخش آخر مشکل دارم
درصورت نادرستی استدلال زیر را رد کنید:
اگر در سطر i ام یک داشته باشیم، در ستون i ام یک نداریم کافیست کمی دقت کنید تا به درستی این گزاره برسید در نتیجه اگر در n سطر ۱ داشته باشیم تعداد یک ها حداکثر n(10-n) است میدانیم بیشترین مقدار این عبارت ۲۵ است و در اینجا نیز ۲۵ قابل قبول است به مثال زیر توجه کنید:
۱    ۱    ۱    ۱    ۱   ۰   ۰   ۰   ۰   ۰
۱    ۱    ۱    ۱    ۱   ۰   ۰   ۰   ۰   ۰
۱    ۱    ۱    ۱    ۱   ۰   ۰   ۰   ۰   ۰
۱    ۱    ۱    ۱    ۱   ۰   ۰   ۰   ۰   ۰
۱    ۱    ۱    ۱    ۱   ۰   ۰   ۰   ۰   ۰
۰   ۰   ۰    ۰    ۰    ۰   ۰   ۰   ۰   ۰
۰   ۰   ۰    ۰    ۰    ۰   ۰   ۰   ۰   ۰
۰   ۰   ۰    ۰    ۰    ۰   ۰   ۰   ۰   ۰
۰   ۰   ۰    ۰    ۰    ۰   ۰   ۰   ۰   ۰
۰   ۰   ۰    ۰    ۰    ۰   ۰   ۰   ۰   ۰
توسط قاسم شبرنگ (3,537 امتیاز)
می توانید بعضی از صفرهای مثال خود را به 1 تبدیل کنید و باز هم ماتریس فوق خواسته مساله را ارضا کند.
توسط AliM?07 (43 امتیاز)
یک دیگری در این مثال نیست استدلال ذکر شده هم واضح است و درست می‌باشد اما در پایان حل شما فرضی است که دارای ابهام است و به نظر غلط، اگر بتوانید روند را به گونه ای تغییر دهید حل جالبی است و می‌توان مسئله را گسترش داد
توسط قاسم شبرنگ (3,537 امتیاز)
ویرایش شده توسط قاسم شبرنگ
مثال شما درست است.کران استدلال من خیلی بزرگ است.مثال شما منافاتی با استدلال من ندارد.اگر بتونیم کران استدلال منو کاهش بدهیم چه بهتر.
0 امتیاز
توسط Vahidi fard (272 امتیاز)

برای حل ابتدا توجه کنید که هر درایه به شکل a_{ij} در درایه هایی به شکل a_{jk} ضرب می شود؛ یعنی به طور قطع درایه های قطر اصلی ماتریس باید همگی صفر باشند. تا اینجا ماتریس به شکل زیر است:

\begin{bmatrix} 0 & & & & & & & & & \ & 0 & & & & & & & & \ & & 0 & & & & & & & \ & & & 0 & & & & & & \ & & & & 0 & & & & & \ & & & & & 0 & & & & \ & & & & & & 0 & & & \ & & & & & & & 0 & & \ & & & & & & & & 0 & \ & & & & & & & & & 0 \end{bmatrix}

پس تکلیف 10 درایۀ روی قطر اصلی تعیین شده است. ما باید تکلیف 90 درایۀ دیگر رو تعیین کنیم. با توجه به نکته ای که در ابتدا به آن اشاره کردم؛ اگر مثلا درایۀ a_{14} را برابر با یک بگذاریم، تمامی درایه های سطر چهارم باید برابر با صفر باشند؛ پس به ازای هر درایه باید 10 درایۀ دیگه رو کاملا صفر کنیم. بهترین کار اینه که بیایم درایه هایی که روی یک ستون هستن رو یک کنیم. اگر چنین کاری رو کنیم که فرقی هم نداره کدوم ستون باشه، با ترتیب اثر دادن شرایط مسئله، یکی از حالات میتونه به شکل زیر باشه:

\begin{bmatrix} 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \ 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \ 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \ 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \ 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \ 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \ 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \ 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \ 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \ 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \end{bmatrix}

بنابر این با توجه به استدلال های بالا، حداکثر میتونه ماتریس ما 9 تا 1 داشته باشه. باز اساتید نظرشون رو بگن

...