2023 AIME I 第 14 题
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14.
下面的模拟时钟有两根指针,它们可以彼此独立地移动。
起初,两根指针都指向数字 。时钟执行一串指针移动,使得每一步移动中,两根指针中的一根顺时针移动到表盘上的下一个数字,另一根指针不动。
设 为这样的 步指针移动序列的个数:在整个序列中,每一种可能的两指针位置恰好出现一次,并且在 步移动结束时,两根指针回到初始位置。求 除以 的余数。
The following analog clock has two hands that can move independently of each other.
Initially, both hands point to the number The clock performs a sequence of hand movements so that on each movement, one of the two hands moves clockwise to the next number on the clock face while the other hand does not move.
Let be the number of sequences of hand movements such that during the sequence, every possible positioning of the hands appears exactly once, and at the end of the movements, the hands have returned to their initial position. Find the remainder when is divided by
答案:608
解答:
将两根指针记为有序对 ;每一步把 替换为 或 ,因此一个合法序列就是经过全部 个位置的闭合巡游, 等价于在每个位置选择下一步移动哪根指针。按 , 把位置分成 行,并令 为巡游离开第 行时的 值集合(一次 -移动)。 从第 行的一次 -移动会以同一个 值进入第 行,之后巡游沿连续的 值前进, 直到下一次离开。为了让这些连续段恰好覆盖第 行一次,它们必须分割 ,这迫使每个进入点都正好在某个离开点之后一步: 。特别地,每个 的大小相同,设为 ,并且 。
在第 行的第 个离开点(按循环顺序)离开,会导致一段在第 : 行的第 个离开点结束:每次 -移动都使行指标模 增加 ,并使离开点指标模 。 增加 。因此巡游会在 次 -移动后闭合,而完整巡游必须使用全部 个离开点,所以这条巡游恰好是经过全部 个位置的单循环,当且仅当 。 反过来,每个满足 的 都从起点给出恰好一个合法移动序列。
因此 所以 除以 的余数为 。
Record the hands as an ordered pair each movement replaces by or so a valid sequence is a closed tour through all positions — equivalently, a choice, at each position, of which hand moves next. Sort the positions into rows according to and let be the set of -values at which the tour leaves row (a -move). A -move from row enters row at the same -value, and the tour then runs through consecutive -values until its next exit. For these runs to cover row exactly once they must partition which forces each entry point to sit one step past an exit: In particular every has the same size and
Leaving row at its -th exit (in cyclic order) leads to a run ending at the -st exit of row each -move advances the row index by modulo and the exit index by modulo The tour therefore closes after -moves, while a full tour must use all exits, so the tour is a single cycle through all positions precisely when Conversely, every choice of with yields exactly one valid movement sequence from the starting position.
Hence and the remainder when is divided by is
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