2004 AIME I 第 6 题

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6.

如果一个整数的通常数字写法 a1a2a3aka_1 a_2 a_3 \ldots a_k 满足:当 ii 为奇数时 ai<ai+1a_i \lt a_{i+1},当 ii 为偶数时 ai>ai+1a_i \gt a_{i+1},则称这个整数为蛇形数。 在 1000100099999999 之间,有多少个四位数字互不相同的蛇形数?

An integer is called snakelike if its decimal representation a1a2a3aka_1 a_2 a_3 \ldots a_k satisfies ai<ai+1a_i \lt a_{i+1} if ii is odd and ai>ai+1a_i \gt a_{i+1} if ii is even. How many snakelike integers between 10001000 and 99999999 have four distinct digits?

答案:882
知识点:有限制的排列数字分类讨论
难度评级:2510
解答:

四位蛇形数满足 a1<a2>a3<a4a_1 \lt a_2 \gt a_3 \lt a_4。先数任意四个不同数字 w<x<y<zw \lt x \lt y \lt z 排成这种模式的方式。最大数字 zz 必须在第 22 位或第 44 位。若 zz 在第 44 位,其余三个数字形成 a1<a2>a3a_1 \lt a_2 \gt a_3,因此其中最大者在第 22 位,剩下两个可以任意交换:22 种。若 zz 在第 22 位,其余三个数字中任意一个可作 a1a_1,然后 a3<a4a_3 \lt a_4 决定其余位置:33 种。因此每组四个数字恰好有 55 种蛇形排列。

若数字中不含 00,所有 55 种排列都给出有效数字:(94)5=630\binom{9}{4} \cdot 5 = 630。若数字中含 00,注意 00 必须在第 11 位或第 33 位(第 22 位和第 44 位都必须大于某个相邻数字),而第 11 位不允许为 00。当零在第 33 位时,其余三个数字中任意一个可作 a4a_4,然后 a1<a2a_1 \lt a_2 决定其余位置,所以 55 种排列中有 33 种保留:(93)3=252\binom{9}{3} \cdot 3 = 252

总数为 630+252=882630 + 252 = 882

A four-digit snakelike number satisfies a1<a2>a3<a4.a_1 \lt a_2 \gt a_3 \lt a_4. First count the arrangements of any four distinct digits w<x<y<zw \lt x \lt y \lt z into this pattern. The largest digit zz must sit in position 22 or 4.4. If zz is in position 4,4, the other three form a1<a2>a3,a_1 \lt a_2 \gt a_3, so the largest of them takes position 22 and the remaining two can go in either order: 22 ways. If zz is in position 2,2, any of the other three digits can be a1,a_1, and then a3<a4a_3 \lt a_4 fixes the rest: 33 ways. So each set of four digits admits exactly 55 snakelike orders.

If 00 is not among the digits, all 55 orders give valid numbers: (94)5=630.\binom{9}{4} \cdot 5 = 630. If 00 is among them, note 00 must occupy position 11 or 33 (positions 22 and 44 must exceed a neighbor), and position 11 is forbidden. With 00 in position 3,3, any of the other three digits can be a4,a_4, and a1<a2a_1 \lt a_2 fixes the rest, so 33 of the 55 orders survive: (93)3=252.\binom{9}{3} \cdot 3 = 252.

The total is 630+252=882.630 + 252 = 882.

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