【例 10】黑板上一共写了 10115 个数字,包括 2021 个 1,2022 个 2,2023 个 3,2024 个 4,2025 个 5. 每次操作都擦去其中 4 个不同的数字并写上一个第 5 种数字(例如擦去 1、2、3、4 各 1 个,写上 1 个 5,或者擦去 2、3、4、5 各一个,写上一个 1 等等). 如果经过有限次操作后,黑板上恰好剩下了两个数字,那么这两个数字的乘积是多少?
完整解法
1. 计算初始数字总数及达到最终状态需要的操作次数
初始时,黑板上的数字总数为:
每次操作擦去 4 个数字并写上 1 个数字,因此每次操作后黑板上的数字总数减少:
要使黑板上最终恰好剩下 2 个数字,一共需要减少 个数字。
故总操作次数为:
注意到 3371 是一个奇数。
2. 分析单次操作对各数字个数奇偶性的影响规律
设 1, 2, 3, 4, 5 这五种数字的个数分别为 。
在每一次操作中:
- 有 4 种数字的个数分别减少 1(即 );
- 剩余 1 种数字的个数增加 1(即 )。
由于任何整数加 1 或减 1 都会改变其奇偶性,因此每一次操作都会使全部 5 种数字的个数奇偶性同时发生改变(颠倒)。
3. 确定奇数次操作后各数字个数的奇偶性,并求出最终两数的乘积
初始时,各数字个数的奇偶性为:
- 数字 1 的个数:2021(奇数)
- 数字 2 的个数:2022(偶数)
- 数字 3 的个数:2023(奇数)
- 数字 4 的个数:2024(偶数)
- 数字 5 的个数:2025(奇数)
因为一共进行了 3371 次(奇数次)操作,所以每种数字个数的奇偶性都刚好改变一次:
- 数字 1、3、5 的个数变为偶数;
- 数字 2、4 的个数变为奇数。
由于黑板上最终只剩下 2 个数字(即 5 个个数之和为 2),且非负奇数最小为 1:
- 数字 2 的个数必须 ;
- 数字 4 的个数必须 。
因此,剩下的 2 个数字必须恰好是 2 和 4,其余数字的个数均为 0。
这两个数字的乘积为:
答案
8
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