سوال ۴
دنبالهی $n$تایی $a_1, a_2, \cdots a_n$ داده شده است به طوری که هر عضو این دنباله به صورت تصادفی از بین اعداد
$0, 1, \cdots, n^6$ انتخاب شده است. مقدار $S_{i,j}$ را برابر جمع اعداد $a_i, a_{i+1}, \cdots, a_j$ قرار دهید.
حال میخواهیم به جای هر $a_i$ یک مقدار نامنفی جدیدی قرار دهیم که:
اوّلاً مقدار جدید حداکثر نصف مقدار قبلی باشد
ثانیاً به ازای هر $i<j$ و $k<l$، که قبلاً داشتیم $S_{i,j} \leq S_{k,l}$، به ازای مقادیر جدید $a_i$ها نیز همین نامساوی را داشته باشیم.
در زیر میخواهیم به کمک شما روشی ارائه دهیم که به احتمال خوبی این کار را برای ما انجام میدهد.
ثابت کنید اگر همهی $a_i$ها زوج باشند، حتماً این کار شدنی است.
اگر از هر $a_i$ که فرد است یک واحد کم کنیم به مقادیر جدیدی برای $a_i$ها میرسیم که همهی آنها زوجاند. اما ممکن است جهت بعضی از نامساویهای $S_{i,j} \leq S_{k,l}$ عوض شود. ثابت کنید به ازای هر $i,j,k,l$ احتمال عوض شدن جهت نامساوی $S_{i,j} \leq S_{k,l}$ حداکثر $2 \over n^5$ است.
با استفاده از قسمت دوم، ثابت کنید اگر از همهی $a_i$های فرد یک واحد کم کنیم، احتمال اینکه جهت حتی یکی از نامساویها عوض شود کمتر از $2 \over n$ است. در نتیجه در این روش با احتمال حداقل $1 - {2 \over n}$ میتوانیم بدون عوض شدن جهت نامساویها همهی اعداد را زوج کنیم سپس با استفاده از قسمت اول به نتیجهی مطلوب میرسیم.