Re: [中學] 基礎計數
※ 引述《Swartz (I_Am_Swatz)》之銘言:
: 從1寫到9999
: 自然數中,5一共寫了多少次?
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生成關係與遞迴解
令數列A_n = n位數字,書寫5的總次數。
初始條件:
A_1 = 一位數字,書寫5的總次數。
顯然,一位數字的情況下,只有5滿足條件,書寫5的總次數為1
A_1 = 1
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遞推的生成關係(由下而上推演):
當A_n-1 和 n-1位數字已知的時候,
我們可以在最左邊填上新的最高位,新的最高位表示符號為 "口",
讓原本n-1位的數字成為n位數字
n位數字的表達式可以寫成: 口 串接 原本的n-1位數字
原本n-1位的數字 在 擴充完之後,原本5的書寫次數仍然存在,
而且原有的5的書寫次數恰好就是 A_n-1 。
擴充之後,相當於拷貝10份原有n-1位數字的5的書寫次數。
另一方面,當最高位 "口" 填上5的時候,又額外多書寫了5。
多了幾次5的書寫次數呢?
多了 10^(n-1)個5。
因為,最高位"口"填上5 固定之後,後面可以串接原本的n-1位數字
從 5 00...0 到 5 99...9 都是合法數字。
^ ^
| |
最高位 最高位
從生成規則可以知道,
n位數字 5的書寫次數
= A_n
= 10*原本n-1位數字 5的書寫次數 + 擴充最高位之後所多出來的5的書寫次數
= 10*A_n-1 + 10^(n-1)
= 5的書寫次數的遞迴關係數
其中,初始條件就是一開始提到的A_1 = 1
那麼,剩下的工作就回到離散數學,解出遞迴關係一般式的步驟
依序解出 齊次解 和 特解,
可得
通則: A_n = n * 10^(n-1), for every n >= 1.
初始條件: A_1 = 1
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原本題目所求是 四位數字,所以n=4 代入 A_n的通則
可得
A_4
= 4 * 10^3 = 4000
四位數字,5的書寫次數為4000次。
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