Шашка передвигается из левого нижнего угла доски 100 × 100 в правый верхний угол, на каждом шагу перемещаясь на одну клетку вправо или на одну клетку вверх. Пусть a — число путей, в которых ровно 70 шагов шашка совершает под диагональю, идущей из левого нижнего угла в правый верхний, а b — число путей, в которых таких шагов ровно 110. Что больше: a или b?
Для каждого k, обозначим через множество маршрутов шашки, ведущих из левого нижнего в правый верхний угол доски и делающих ровно шагов ниже главной диагонали. Имеет место потрясающий факт: при фиксированном n все множества содержат поровну элементов!
Это утверждение называется теоремой Чанга-Феллера, оно впервые доказано МакМагоном в 1909 г. Приводимое ниже комбинаторное доказательство появилось в 1955 г.
Предъявим взаимно однозначное соответствие между множествами и Маршрут шашки можно интерпретировать как последовательность из букв «в» или «п», причем букв каждого вида в ней поровну. Рассмотрим произвольный маршрут a из множества Запишем его в виде
где «в» обозначает первый ход, который шашка сделала вверх, находясь на диагонали; «п» — это ход, которым она впервые после этого вернулась на диагональ; то, возможно, пустая последовательность ходов, которые шашка совершила до выполнения хода в (эти ходы были сделаны ниже диагонали); это, возможно, пустая последовательность ходов, которые шашка совершила после выполнения хода в, но до выполнения хода «п» (эти ходы были сделаны выше диагонали); наконец, w — это все остальные ходы шашки. Поставим в соответствие маршруту следующий маршрут b из множества :
Это соответствие биективно.
Ответ: