Question

В алфавите племени Тумба-Юмба 7 букв. Мистер Фокс хочет выписать их в строку (буквы могут повторяться) так, чтобы в любой группе из нескольких последовательных букв некоторая буква встречалась бы ровно один раз. Какую наибольшую длину может иметь такая строка?

Answer 1

Чтобы понять задачу, начнём пробовать с 1 буквы, с двух букв и т.д.
Пусть алфавит состоит из одной буквы А. Наибольшая длина требуемой последовательности равна 1, т.е. состоит из 1 буквы А.
Пусть алфавит состоит из двух букв А и Б. Тогда требуемая последовательность будет состоять из трёх букв: АБА.
Пусть алфавит состоит из трёх букв А, Б и В. Тогда требуемая последовательность будет такая АБАВАБА (7 букв). Т.е. одна буква в середине, а по краям повторяются последовательности, которые были рассмотрены на шаг ранее. И теперь, какую бы последовательность мы не возьмём, одна из букв будет встречаться только один раз.
Вырисовывается некая закономерность, поэтому легко составляется последлвательность для алфавита из 4-х букв А, Б, В и Г:
АБАВАБАГАБАВАБА (15 букв).
Можно таким образом продолжить и далее до алфавита из 7 букв, но заметим, что в последовательности, состоящей из длин требуемой строки, есть закономерность:
1, 3, 7, 15, ... - это не что иное, как $2^n -1$, где n - количество букв в алфавите. Значит, для n=7 получим:
$2^7-1 = 127$
Покажем, что это распространяется для любого n методом математической индукции. Первые шаги нами уже проверены, поэтому предполагаем, что формула верна для некоего числа n. Докажем, что это выполянется и при (n+1).
Что мы делали, когда составляли последовательность, добавляя в алфавит ещё одну букву? Мы брали две предыдущие последовательности и в середину вставляли новую букву.
$(2^n-1) + 1 + (2^n-1) =2*(2^n-1) +1 =2*2^n -2 +1 =2^{n+1} -1$
Что и требовалось доказать.

Ответ: 127