2006 AMC 10A Problema 25

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Todos los problemas se usan con el permiso legal oficial de la Mathematical Association of America (MAA).

25.

Un insecto parte de un vértice de un cubo y se mueve a lo largo de las aristas del cubo según la siguiente regla. En cada vértice el insecto elige recorrer una de las tres aristas que salen de ese vértice. Cada arista tiene la misma probabilidad de ser elegida, y todas las elecciones son independientes. ¿Cuál es la probabilidad de que después de siete movimientos el insecto haya visitado cada vértice exactamente una vez?

A bug starts at one vertex of a cube and moves along the edges of the cube according to the following rule. At each vertex the bug will choose to travel along one of the three edges emanating from that vertex. Each edge has equal probability of being chosen, and all choices are independent. What is the probability that after seven moves the bug will have visited every vertex exactly once?

12187\dfrac{1}{2187}

1729\dfrac{1}{729}

2243\dfrac{2}{243}

181\dfrac{1}{81}

5243\dfrac{5}{243}

Respuesta: C
Conceptos:teoría de grafosprobabilidad básicaanálisis por casos
Nivel de dificultad: 2120
Solución:

Después de 77 movimientos hay 37=21873^7 = 2187 recorridos igualmente probables.

Un recorrido exitoso visita cada vértice exactamente una vez. Desde el inicio hay 33 opciones para el primer movimiento y 22 para el segundo (sin regresar). 000100110.000\to100\to110.

Etiquetando los primeros tres vértices como 33 el insecto debe moverse a uno de dos vértices, después de lo cual la ruta queda forzada salvo una única elección binaria, lo que da 323=183\cdot2\cdot3=18 tales caminos. 110111101001011010, \begin{aligned} 110&\to111\to101\\ &\to001\to011\to010, \end{aligned} 110010011001101111, \begin{aligned} 110&\to010\to011\\ &\to001\to101\to111, \end{aligned} 110010011111101001. \begin{aligned} 110&\to010\to011\\ &\to111\to101\to001. \end{aligned}

La probabilidad es 182187=2243.\frac{18}{2187} = \frac{2}{243}.

Por lo tanto, la respuesta correcta es C.

After 77 moves there are 37=21873^7 = 2187 equally likely walks. A successful walk visits every vertex exactly once.

Label the cube's vertices by binary triples, with adjacent vertices differing in one coordinate. There are 33 choices for the first move and 22 for the second move if the bug is not to return to its starting point. By symmetry, fix these first moves as 000100110.000\to100\to110.

The successful continuations are exactly 110111101001011010, \begin{aligned} 110&\to111\to101\\ &\to001\to011\to010, \end{aligned} 110010011001101111, \begin{aligned} 110&\to010\to011\\ &\to001\to101\to111, \end{aligned} and 110010011111101001. \begin{aligned} 110&\to010\to011\\ &\to111\to101\to001. \end{aligned} Thus each allowed pair of first moves has 33 successful continuations, giving 323=183\cdot2\cdot3=18 successful walks.

The probability is 182187=2243.\frac{18}{2187} = \frac{2}{243}.

Thus, the correct answer is C.

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