2002-2003,匈牙利数学奥林匹克决赛 染色,数列

题面

将一个2003边形的每个顶点染为红、蓝、绿三种颜色之一,使得相邻顶点的颜色互不相同.问:有多少种满足条件的方法?

解答

      ~~~~~       不妨记 T n T_n Tn 为将一个n边形的每个顶点染为红、蓝、绿三种颜色之一,使得相邻顶点的颜色互不相同的方案数.
      ~~~~~      易知, T 3 = 6 T_3=6 T3=6 T 4 = 18 T_4=18 T4=18.
      ~~~~~      对于任意一个n(n≥5),记 A 1 , A 2 , . . . , A n A_1,A_2,...,A_n A1,A2,...,An顺次为该n边形的顶点,则对其按题设要求染色,有两种情形:
      ~~~~~      (1) A 1 、 A n − 1 A_1、A_{n-1} A1An1异色,共有 T n − 1 T_{n-1} Tn1种;
      ~~~~~      (2) A 1 、 A n − 1 A_1、A_{n-1} A1An1同色,共有 2 T n − 2 2T_{n-2} 2Tn2种;
      ~~~~~      因此, T n = T n − 1 + 2 T n − 2     ( n ≥ 5 ) T_n=T_{n-1}+2T_{n-2}~~~(n≥5) Tn=Tn1+2Tn2   (n5).
      ~~~~~      又因为 T 4 = 18 , T 3 = 6 T_4=18,T_3=6 T4=18T3=6,所以, T n = 2 ( − 1 ) n + 2 n T_n=2(-1)^n+2^n Tn=2(1)n+2n.
      ~~~~~       T 2003 = 2 2003 − 2 T_{2003}=2^{2003}-2 T2003=220032.

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