Back to Home

Một bài toán từ các lá bài

Bài toán

Ngồi suy nghĩ vẩn vơ, bỗng nhiên mình đặt ra trong đầu một bài toán thế này:

Trong một bộ bài tây 52 lá, một bộ 3 lá gọi là "may mắn" nếu có tổng lớn hơn hoặc bằng 5 tính theo luật chơi bài cào:

- 10,J,Q,K: tính là 0

- A: tính là 1

- 2-9: là giá trị tương ứng

tổng giá trị 3 lá được tính bằng (c1+c2+c3) chia 10 lấy phần dư. Thí dụ: 7,4,J ==> 7+4+0 = 11, chia 10 dư 1, vậy tổng 3 lá là 1.

Hỏi liệu rẳng có tồn tại một cách sắp xếp sao cho rút 3 lá liên tiếp bất kỳ luôn luôn là 1 bộ 3 may mắn không? (nếu rút đến cuối thì lại quay lại rút ngược các lá trên đỉnh)

Lời giải

Thiết lập bài toán

Gọi thứ tự 52 lá bài xếp trên một vòng tròn là c1,c2,…,c52c_1, c_2, \dots, c_{52} (với ci∈{0,1,2,…,9}c_i \in \{0, 1, 2, \dots, 9\}).

Giá trị thực của từng lá bài theo luật bài cào:

  • 16 lá 10,J,Q,K10, J, Q, K: giá trị 0

  • 4 lá A: giá trị 1

  • 32 lá từ 22 đến 99: giá trị từ 2 đến 9 (mỗi loại 4 lá)

Tổng giá trị của 52 lá bài là:

S=∑k=152ck=180S = \sum_{k=1}^{52} c_k = 180

Xét 52 bộ 3 lá liên tiếp (ci,ci+1,ci+2)(c_i, c_{i+1}, c_{i+2}) với i=1,…,52i = 1, \dots, 52 (chỉ số tính theo  mod 52\bmod 52). Gọi si=ci+ci+1+ci+2s_i = c_i + c_{i+1} + c_{i+2} là tổng thực tế của bộ thứ ii. Do mỗi lá bài ckc_k xuất hiện đúng 3 lần trong 52 bộ, tổng của tất cả 52 bộ này là:

∑i=152si=3×∑k=152ck=3×180=540\sum_{i=1}^{52} s_i = 3 \times \sum_{k=1}^{52} c_k = 3 \times 180 = 540

Để mọi bộ 3 lá đều là "may mắn" (điểm cào ≥5\ge 5), ta bắt buộc phải có:

ri=si mod 10∈{5,6,7,8,9}∀i=1,…,52r_i = s_i \bmod 10 \in \{5, 6, 7, 8, 9\} \quad \forall i = 1, \dots, 52

Ta biểu diễn si=10qi+ris_i = 10 q_i + r_i, trong đó ri≥5r_i \ge 5 và qi=⌊si/10⌋∈{0,1,2}q_i = \lfloor s_i / 10 \rfloor \in \{0, 1, 2\} (vì tổng 3 lá tối đa là 9+9+9=279 + 9 + 9 = 27).

Cộng tất cả 52 bộ lại:

540=∑i=152si=10∑i=152qi+∑i=152ri540 = \sum_{i=1}^{52} s_i = 10 \sum_{i=1}^{52} q_i + \sum_{i=1}^{52} r_i

Vì ri≥5r_i \ge 5 với mọi ii, ta có ∑i=152ri≥52×5=260\sum_{i=1}^{52} r_i \ge 52 \times 5 = 260.

Do đó:

540≥10Q+260  ⟹  10Q≤280  ⟹  Q≤28(với Q=∑i=152qi)540 \ge 10 Q + 260 \implies 10 Q \le 280 \implies Q \le 28 \quad \left(\text{với } Q = \sum_{i=1}^{52} q_i\right)

Trường hợp 1: Q=28Q=28

Nếu Q=28Q = 28, để đẳng thức 10(28)+∑ri=54010(28) + \sum r_i = 540 xảy ra, ta bắt buộc phải có:

∑i=152ri=260  ⟹  ri=5∀i=1,…,52\sum_{i=1}^{52} r_i = 260 \implies r_i = 5 \quad \forall i = 1, \dots, 52

Nghĩa là điểm cào của mọi bộ 3 lá đều đúng bằng 5:

si≡5(mod10)∀is_i \equiv 5 \pmod{10} \quad \forall i

Xét hai bộ liên tiếp sis_i và si+1s_{i+1}:

si=ci+ci+1+ci+2≡5(mod10)s_i = c_i + c_{i+1} + c_{i+2} \equiv 5 \pmod{10}
si+1=ci+1+ci+2+ci+3≡5(mod10)s_{i+1} = c_{i+1} + c_{i+2} + c_{i+3} \equiv 5 \pmod{10}

Trừ hai phương trình trên cho nhau, ta được:

ci+3−ci≡0(mod10)  ⟹  ci+3≡ci(mod10)c_{i+3} - c_i \equiv 0 \pmod{10} \implies c_{i+3} \equiv c_i \pmod{10}

Vì mỗi lá bài ckc_k có giá trị từ 00 đến 99, điều kiện ci+3≡ci(mod10)c_{i+3} \equiv c_i \pmod{10} tương đương với:

ci+3=ci∀ic_{i+3} = c_i \quad \forall i

Điều này đòi hỏi dãy 52 lá bài phải tuần hoàn theo chu kỳ 3 (dạng c1,c2,c3,c1,c2,c3,…c_1, c_2, c_3, c_1, c_2, c_3, \dots).

Trân một vòng gồm 52 vị trí, số lần xuất hiện của lá c1c_1 là:

⌊52−13⌋+1=18 laˊ\left\lfloor \frac{52 - 1}{3} \right\rfloor + 1 = 18 \text{ lá}

Mâu thuẫn: Trong bộ bài tây 52 lá, loại lá xuất hiện nhiều nhất là nhóm lá 0 điểm (10, J, Q, K) cũng chỉ có 16 lá. Không có bất kỳ giá trị lá bài nào có tới 18 lá.

Do đó, trường hợp Q=28Q = 28 không thể xảy ra.

Trường hợp 2: Q≤27Q\le27

Gọi n0,n1,n2n_0, n_1, n_2 lần lượt là số lượng bộ 3 lá có qi=0,1,2q_i = 0, 1, 2.

Ta có hệ:

{n0+n1+n2=520.n0+1.n1+2.n2≤27\begin{cases} n_0+n_1+n_2 = 52 \\ 0.n_0 + 1.n_1 + 2.n_2 \le 27 \end {cases}

Rút n0n_0 từ hai phương trình trên:

n0=52−(n1+n2)≥52−(n1+2n2)=52−Q≥52−27=25n_0 = 52 - (n_1 + n_2) \ge 52 - (n_1 + 2 n_2) = 52 - Q \ge 52 - 27 = 25

Điều này có nghĩa là phải có ít nhất 25 bộ 3 lá có qi=0q_i = 0, tức là tổng thực tế si≤9s_i \le 9.

Bây giờ ta kiểm tra khả năng tạo ra một bộ có tổng si≤9s_i \le 9:

  • Nhóm lá điểm lớn L={5,6,7,8,9}L = \{5, 6, 7, 8, 9\} gồm 20 lá.

  • Nhóm lá điểm nhỏ S={0,1,2,3,4}S = \{0, 1, 2, 3, 4\} gồm 32 lá (16 lá 0 điểm và 16 lá 1,2,3,4).

Để một bộ 3 lá có tổng si≤9s_i \le 9:

  • Bộ đó không thể chứa 2 lá thuộc nhóm LL, vì 5+5+0=10>95 + 5 + 0 = 10 > 9.

  • Do đó, mỗi bộ trong 25 bộ này bắt buộc phải chứa ít nhất 2 lá thuộc nhóm SS (lá điểm nhỏ ≤4\le 4).

Tổng số lượt xuất hiện của nhóm SS trong 25 bộ này là ít nhất:

25×2=50 lượt25 \times 2 = 50 \text{ lượt}

Tuy nhiên, bộ bài chỉ có đúng 32 lá thuộc nhóm SS. Vì mỗi lá xuất hiện trong đúng 3 bộ, tổng số lượt xuất hiện tối đa của nhóm SS trong toàn bộ 52 bộ chỉ là:

32×3=96 lượt32 \times 3 = 96 \text{ lượt}

Mặt khác, xét 16 lá 0 điểm:

  • Một lá 0 điểm nằm trong bộ 3 lá (A,0,B)(A, 0, B) có tổng A+BA + B.

  • Để si≥15s_i \ge 15 (qi≥1q_i \ge 1), ta phải có A+B≥15A + B \ge 15, điều này đòi hỏi cả AA và BB đều phải ≥6\ge 6.

  • Bộ bài chỉ có 16 lá ≥6\ge 6 (4 lá 6, 4 lá 7, 4 lá 8, 4 lá 9). Do đó, chỉ có tối đa 16/2=816 / 2 = 8 lá 0 điểm có thể tham gia vào các bộ có si≥15s_i \ge 15.

  • 8 lá 0 điểm còn lại bắt buộc phải tạo ra các bộ có si≤9s_i \le 9. Mỗi lá 0 này chiếm 3 bộ xung quanh nó, liên tục tạo ra thêm các bộ có si≤9s_i \le 9.

Sự ép buộc đồng thời giữa việc thiếu số lượng lá điểm lớn (≥5\ge 5) để "gánh" 16 lá số 0 và giới hạn Q≤27Q \le 27 khiến việc xếp 32 lá điểm nhỏ không bị đụng độ nhau là nhiệm vụ không thể hoàn thành.

Vậy nếu không cho rút theo vòng tròn thì sao?

Ở đây chúng ta dễ rơi vào một bẫy trực giác: Rút theo vòng tròn không được thì làm sao rút không theo vòng tròn (nghĩa là chỉ có 50 bộ 3 lá vì lá thứ 51, 52 không đủ bài để rút) . Tuy nhiên hóa ra khi không cho rút theo vòng tròn thực chất lại là bỏ bớt điều kiện:

  • Xếp vòng tròn: Cần thỏa mãn 52 bộ 3 lá liên tiếp (bao gồm 2 bộ nối từ lá cuối về các lá đầu).

  • Xếp tuyến tính: Chỉ cần thỏa mãn 50 bộ 3 lá liên tiếp (từ bộ c1c2c3c_1 c_2 c_3 đến bộ c50c51c52c_{50} c_{51} c_{52}).

Khi bớt đi 2 điều kiện ràng buộc ở hai đầu bộ bài, bài toán không những không khó hơn mà lại TỒN TẠI LỜI GIẢI.

Bạn có thể xếp bộ bài theo đúng thứ tự từ trên xuống dưới như sau (trong đó 0 đại diện cho các lá 10, J, Q, K):

9,9,9,9,0,8,1,0,8,1,0,8,1,0,8,1,0,7,2,0,7,2,0,7,2,0,7,2,0,6,3,0,6,3,0,6,3,0,6,3,0,5,4,0,5,4,0,5,4,0,5,49, 9, 9, 9, \mathbf{0}, 8, 1, \mathbf{0}, 8, 1, \mathbf{0}, 8, 1, \mathbf{0}, 8, 1, \mathbf{0}, 7, 2, \mathbf{0}, 7, 2, \mathbf{0}, 7, 2, \mathbf{0}, 7, 2, \mathbf{0}, 6, 3, \mathbf{0}, 6, 3, \mathbf{0}, 6, 3, \mathbf{0}, 6, 3, \mathbf{0}, 5, 4, \mathbf{0}, 5, 4, \mathbf{0}, 5, 4, \mathbf{0}, 5, 4

Thật thú vị!

Comments

0/300

Leave name/email blank to comment anonymously

No comments yet. Be the first to comment!