回覆 8# peter0210 的帖子
這解法實在漂亮,不過蠻跳的,要花點文字解釋不然很難讀懂,以下提供一個比較直觀的解法。
策略是要列遞迴式,作成轉移矩陣後觀察前幾項應該會發現規律,就可以寫答案了,有時間可以再用數學歸納法證明。
設\( p_n\)為\(S_n\)除以3餘1的機率,\( q_n\)為\(S_n\)除以3餘2的機率,\( r_n\)為\(S_n\)除以3餘0的機率。易知\( p_1=\frac{3}{7}、q_1=\frac{2}{7}、r_1=\frac{2}{7}\)。\[ 設 X_n=\left[\begin{matrix} p_n \\ q_n \\ r_n \end{matrix}\right] ,由題意可得X_n=\left[\begin{matrix} p_n \\ q_n \\ r_n \end{matrix}\right] = \left[\begin{matrix} \frac{2}{7} & \frac{2}{7} & \frac{3}{7} \\ \frac{3}{7} & \frac{2}{7} & \frac{2}{7} \\ \frac{2}{7} & \frac{3}{7} & \frac{2}{7} \end{matrix}\right] \left[\begin{matrix} p_{n-1} \\ q_{n-1} \\ r_{n-1} \end{matrix}\right] ,X_1=\left[\begin{matrix} \frac{3}{7} \\ \frac{2}{7} \\ \frac{2}{7} \end{matrix}\right] \]
小心計算後,可得
\[ X_1=\left[\begin{matrix} \frac{3}{7} \\ \frac{2}{7} \\ \frac{2}{7} \end{matrix}\right] 、X_2=\left[\begin{matrix} \frac{16}{49} \\ \frac{17}{49} \\ \frac{16}{49} \end{matrix}\right]、X_3=\left[\begin{matrix} \frac{114}{343} \\ \frac{114}{343} \\ \frac{115}{343} \end{matrix}\right]、X_4=\left[\begin{matrix} \frac{801}{2401} \\ \frac{800}{2401} \\ \frac{800}{2401} \end{matrix}\right] 、X_5=\left[\begin{matrix} \frac{5602}{16807} \\ \frac{5603}{16807} \\ \frac{5602}{16807} \end{matrix}\right]\]
應該可以發現規律,\( X_n \)的三個元幾乎是平均的,且當\( n=1,4,7...\) 時 \( p_n的分子是\frac{7^n+2}{3}\) ,當\( n=2,3,5,6,8,9...\) 時 \( p_n的分子是\frac{7^n-1}{3}\)。因此,
\[ p_n = \begin{cases}
\frac{7^n+2}{3*7^n} , 當 n =1,4,7,10,... \\
\frac{7^n-1}{3*7^n} , 當 n =2,3,5,6,8,9 ...
\end{cases}\]
後記:這題也可以由對角化的或是eigenvalues(特徵值)求一般項,但計算量頗大,eigenvalues還有複數,勇者可嘗試看看。考試時遇到類似題但沒有想法,建議還是先觀察前幾項,不要直接暴力解。
[ 本帖最後由 swallow7103 於 2024-6-2 10:44 編輯 ]