[過去ﾛｸﾞ] 現代数学の系譜 工学物理雑談 古典ガロア理論も読む76 (1002ﾚｽ)
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9(1): 2019/08/25(日)15:50 ID:SfTNK08U(1/3) AAS
「箱入り無数目」
(問い)
箱がたくさん、可算無限個ある。
箱それぞれに私が実数をいれる。
どんな実数を入れるかはまったく自由。
例えばｎ番目の箱にe^nを入れてもよいし、
すべての箱にπをいれてもよい。
もちろんでたらめだって構わない。
そして箱をみな閉じる。
今度はあなたの番である。
片端から箱を開けてゆき中の実数を覗いてよいが、
一つの箱は開けずに閉じたまま残さねばならぬとしよう。
どの箱を閉じたまま残すかはあなたが決めうる。
勝負のルールはこうだ。
もし閉じた箱の実数をぴたりと言い当てたら、
あなたの勝ち。さもなくば負け。
勝つ戦略はあるでしょうか？
本記事の目的は、確率９９％で勝てそうな戦略を供することにある。
この問題はPeter Winkler氏との茶のみ話がてら耳にした。
氏は原型をルーマニアあたりから仕入れたらしい。
10(2): 2019/08/25(日)15:51 ID:SfTNK08U(2/3) AAS
「箱入り無数目」
(同値関係、決定番号の定義)
実数列の集合R^Nを考える。
s =(s _1,s _2,s _3,･･･)
s'=(s'_1,s'_2,s'_3,･･･)
注 _n 下付き添字(列のn番目の箱)
s,s'∈R^N は、
ある番号から先のしっぽが一致する
(∃n0.n>=n0⇒s_n=s'_n)
とき同値(s〜s')と定義しよう
（いわばコーシーのべったり版）
〜はR^Nを類別するが、各類から代表を選び
代表類を袋に蓄えておく。
幾何的には商射影R^N→R^N/〜の切断を選んだことになる。
任意の実数列sに対して、袋をごそごそさぐって
そいつと同値な（同じファイバーの）代表r=r(s)を
ちょうど1つ取り出せるわけだ
sとrがそこから先ずっと一致する番号を
sの決定番号と呼び、d=d(s)と記す。つまり
s_d,s_d+1,s_d+2,･･･
を知ればsの類の代表rは決められる。
更に何らかの事情によりdが知らされていなくても
あるD>=dについて
s_D,s_D+1,s_D+2,･･･
が知らされたとするならば、それだけの情報で
既にr=r(s)は取り出せ、したがってd=d(s)も決まり、
結局s_d（実はs_d,s_d+1,s_d+2,･･･,s_Dごっそり）が
決められることに注意しよう
11(3): 2019/08/25(日)15:51 ID:SfTNK08U(3/3) AAS
「箱入り無数目」
(戦略)
閉じた箱を100列に並べる。
箱の中身は私たちには知らされていないが、とにかく
第1列の箱たち、第2列の箱たち、･･･第100列の箱たち
は100本の実数列 s~1,s~2,･･･,s~100を為す。
これらの列はおのおの決定番号を持つ。
注 ~n 上付き添字（列番号n）
さて1〜100のいずれかをランダムに選ぶ。
例えばkが選ばれたとする。
s~kの決定番号が他の列の決定番号どれよりも
大きい確率は1/100に過ぎない。
第1列〜第k-1列、第k+1列〜第100列の箱を全部開ける。
第k列の箱はまだ閉じたままにしておく。
開けた箱に入った実数を見て、代表の袋をさぐり
s~1からs~k-1、s~k+1からs~100の決定番号のうちの
最大値Dを書き下す。
いよいよ第k列のD+1 番目から先の箱だけを開ける。
s~k_D+1,s~k_D+2,s~k_D+3,･･･
注 _n 下付き添字（列のn番目の箱）
いま
D>=d(s~k)
を仮定しよう。
この仮定が正しい確率は99/100、
そして仮定が正しい場合、上の注意によって
s~k_dが決められるのであった。
おさらいすると、仮定のもと
s~k_D+1,s~k_D+2,s~k_D+3,･･･
を見て代表r=r(s~k)が取り出せるので
列rのD番目の実数r_Dを見て、
「第k列のD番目の箱に入った実数s~k_Dはr_D」
と賭ければ、めでたく確率99/100で勝てる。
（列の数nを増やしてε=1/nとおけば）
確率1-εで勝てることも明らかであろう。
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