隣どうしの入れかえを往復して小さい順に並ぶ札の並び方の数と漸化式

分野: 場合の数・漸化式

nn を 22 以上の整数とする。11 から nn までの数字が書かれた札が各 11 枚ずつ合計 nn 枚あり,横一列におかれている。11 以上 (n−1)(n - 1) 以下の整数 ii に対して,次の操作 (Ti)(\mathrm{T}_i) を考える。

(Ti)(\mathrm{T}_i) 左から ii 番目の札の数字が,左から (i+1)(i + 1) 番目の札の数字よりも大きければ,これら 22 枚の札の位置を入れかえる。そうでなければ,札の位置をかえない。

最初の状態において札の数字は左から A1,A2,…,AnA_1, A_2, \ldots, A_n であったとする。この状態から (n−1)(n - 1) 回の操作 (T1),(T2),…,(Tn−1)(\mathrm{T}_1), (\mathrm{T}_2), \ldots, (\mathrm{T}_{n-1}) を順に行った後,続けて (n−1)(n - 1) 回の操作 (Tn−1),…,(T2),(T1)(\mathrm{T}_{n-1}), \ldots, (\mathrm{T}_2), (\mathrm{T}_1) を順に行ったところ,札の数字は左から 1,2,…,n1, 2, \ldots, n と小さい順に並んだ。以下の問いに答えよ。

(1) A1A_1 と A2A_2 のうち少なくとも一方は 22 以下であることを示せ。

(2) 最初の状態としてありうる札の数字の並び方 A1,A2,…,AnA_1, A_2, \ldots, A_n の総数を cnc_n とする。nn が 44 以上の整数であるとき,cnc_n を cn−1c_{n-1} と cn−2c_{n-2} を用いて表せ。

出典

出典(引用): 令和7(2025)年度第2次学力試験 前期日程試験 数学(理科) 第5問(東京大学の第2次試験問題からの引用)(表記を Web 用に改変)

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