Question

Найти число последовательностей{a1,a2,....,а2n},состоящих из чисел 1 и -1,которые обладают следующими свойствами:а1+а2+....+а2n=0 a1≥0, a1+a2≥0, a1+a2+a3+....a2n≥0. Ответ укажите для n=7

Answer 1

Обозначим a1 + a2 + ... + ak = Sk, S(k+1) = Sk +- 1, S2n = 0.
Можно считать, что a1 = 1. Нам необходимо посчитать количество последовательностей, для которых S1 = 1, все Sk >= 0 и S2n = 0. Такие последовательности будем называть правильными, а не являющиеся правильными - неправильными.

Общее число последовательностей, для которых S1 = 1 и S2n = 0, равно биномиальному коэффициенту из (2n - 1) по (n - 1) (понятно, что среди a2, a3, ..., a2n есть ровно (n - 1) число +1, так что нужно найти число способов выбрать (n - 1) место из (2n - 1)).

Посчитаем количество неправильных последовательностей. Я утверждаю, что общее число неправильных последовательностей равно общему числу последовательностей, у которых S1 = -3 и S2n = 0.
Доказательство. Пусть a1, a2, ..., a2n - неправильная последовательность. Это означает, что для какого-то номера k выполнилось Sk = -1. Пусть k - первый номер, для которого это верно. Заменим все члены a2, a3, ..., ak на -a2, -a3, ..., -ak и подберем новое значение a1 так, чтобы по-прежнему было Sk = -1. Тогда a1 = -3. Поскольку каждой неправильной последовательности соответствует ровно одна новая последовательность, и из каждой новой последовательности можно получить только одну неправильную последовательность, то их количества равны.

Количество неправильных последовательностей с учетом утверждения легко посчитать. Если a1 = -3 и S2n = 0, то среди a2, a3, ..., a2n должно быть (n - 2) чисел -1 и (n + 1) число +1. Отсюда число неправильных последовательностей равно биномиальному коэффициенту из (2n - 1) по (n - 2).

Остается вспомнить, что число правильных последовательностей = общее число минус число неправильных последовательностей.

Итоговая формула:
$C_{2n-1}^{n-1}-C_{2n-1}^{n-2}=\binom{2n-1}{n-1}-\binom{2n-1}{n-2}=\binom{2n-1}{n-1}\cdot\dfrac2{n+1}$

Для n = 7 ответ равен 1716 / 4 = 429