P4 Un mago y sus fichas B/N

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Dada una colección de varias fichas que pueden ser negras o blancas y que tienen, cada una, un número escrito en ellas, un mago hace el siguiente movimiento: Toca 2 de las fichas con distinto número y color, y la de número menor se convierte en una ficha idéntica a la otra. 

Sea $n$ un entero mayor o igual a 2. Para cada uno de los movimientos del 1 al $n$, el mago pone en la mesa una ficha negra o blanca con ese número. Luego hace su $movimiento$ para ir modificando la colección. 

A continuación, un ejemplo de dos movimientos realizados a una posible elección del mago con $n=5$, donde, para el primer movimiento, el mago escoge $1B$ y $3N$ y para el segundo $3N$ y $4B$:

$(1B, 2B, 3N, 4B, 5B) \rightarrow (3N, 2B, 3N, 4B, 5B) \rightarrow (4B, 2B, 3N, 4B, 5B)$ 

Sea $k$ el número total de movimientos que puede hacer el mago hasta que ya no puede (porque en su colección ya no tiene fichas de distinto color y número). Determina en términos de $n$, todos los posibles valores para $k$ (considerando las diferentes maneras en que el mago puede escoger los colores de las $n$ fichas al principio, y las distintas formas en que puede hacer sus movimientos).




Imagen de GOLDEN NAC

Quisiera ver la solución

Quisiera ver la solución
Imagen de Samuel Elias

No encontré la solución

No encontré la solución oficial, la verdad no sé como haces la solución con combinatoria, pero aquí te va una solución con Gauss.

  • Observa que cada ficha puede crear máximo $m-1$ movimientos, para $1 \leq m \leq n$ 
  • Entonces, el total de movimientos máximo que se puede hacer es $\frac{n(n-1)}{2}$

Procedamos por inducción:

  • Si $m=2$, la cantidad máxima de movimientos que se puede hacer es $\frac{2(2-1)}{2}=1$, lo cual se obtiene si ambas fichas son de distinto color.
  • Si $m=n$, entonces la cantidad máxima de movimientos que se puede hacer es $\frac{m(m-1)}{2}$
  • Si $m=n+1$, entonces basta que la ficha $n+1$ sea de diferente color que la $n$, y están alternando colores. De aquí, el número máximo de movimientos es $\frac{(n(n-1)}{2}+n+1=\frac{(n+1)(n)}{2}$ lo cual cumple la inducción.
  • Para armar las demás respuestas, basta con acomodar las últimas $j$ fichas del mismo color, con $1 \leq j \leq n$

Por lo tanto, $0 \leq k \leq \frac{n(n-1)}{2}$.