Два игрока, Петя и Ваня, играют в следующую игру. Перед игроками лежит куча камней. Игроки ходят по очереди, первый ход делает Петя. За один ход игрок может добавить в кучу один или три камня или увеличить количество камней в куче в два раза. Например, имея кучу из 15 камней, за один ход можно получить кучу из 16, 18 или 30 камней. У каждого игрока, чтобы делать ходы, есть неограниченное количество камней.
Игра завершается в тот момент, когда количество камней в куче становится не менее 42.
Победителем считается игрок, сделавший последний ход, т. е. первым получивший кучу, в которой будет 42 или больше камней.
В начальный момент в куче было S камней;
Будем говорить, что игрок имеет выигрышную стратегию, если он может выиграть при любых ходах противника. Описать стратегию игрока — значит, описать, какой ход он должен сделать в любой ситуации, которая ему может встретиться при различной игре противника. В описание выигрышной стратегии не следует включать ходы играющего по этой стратегии игрока, не являющиеся для него безусловно выигрышными, т. е. не являющиеся выигрышными независимо от игры противника.
Выполните следующие задания. Во всех случаях обосновывайте свой ответ.
Задание 1.
а) Укажите все такие значения числа S, при которых Петя может выиграть за один ход.
б) Укажите такое значение S, при котором Петя не может выиграть за один ход, но при любом ходе Пети Ваня может выиграть своим первым ходом. Опишите выигрышную стратегию Вани.
Задание 2.
Укажите два таких значения S, при которых у Пети есть выигрышная стратегия, причём одновременно выполняются два условия:
—Петя не может выиграть за один ход;
—Петя может выиграть своим вторым ходом независимо от того, как будет ходить Ваня.
Для каждого указанного значения S опишите выигрышную стратегию Пети.
Задание 3.
Укажите значение S, при котором одновременно выполняются два условия:
—у Вани есть выигрышная стратегия, позволяющая ему выиграть первым или вторым ходом при любой игре Пети;
—у Вани нет стратегии, которая позволит ему гарантированно выиграть первым ходом.
Для указанного значения S опишите выигрышную стратегию Вани.
Постройте дерево всех партий, возможных при этой выигрышной стратегии Вани (в виде рисунка или таблицы). На рёбрах дерева указывайте, кто делает ход; в узлах — количество камней в куче.
Дерево не должно содержать партии, невозможные при реализации выигрывающим игроком своей выигрышной стратегии. Например, полное дерево игры не является верным ответом на это задание.
Задание 1.
а) Петя может выиграть за один ход (увеличив количество камней в два раза), если S = 21, …, 41. При меньших значениях S за один ход нельзя получить суммарно в куче 42 или более камней. При S = 39, …, 41. у Пети есть более одного выигрывающего хода.
б) Ваня может выиграть первым ходом (независимо от того, как сходил Петя), при S = 20. Своим первым ходом Петя может сделать в куче: 21, 23, 40. Во всех случаях Ваня увеличивает количество камней в куче в 2 раза и выигрывает своим первым ходом.
Задание 2.
Возможные значения S: 10, 17, 19. В этих случаях Петя не может выиграть первым ходом. Однако для S 10, 17 и 19 он может получить кучу 20 (при S = 17 он увеличивает количество камней в куче на три, при S = 19 добавляет к куче 1 камень, при S = 10 увеличивает количество камней в куче в 2 раза). Эта позиция разобрана в п. 1б. В ней игрок, который будет ходить (в данном случае это Ваня), выиграть не может, а его противник (то есть Петя) следующим ходом выиграет.
Задание 3.
Возможное значение S: 18. После первого хода Пети в куче может быть: 19, 21, 36. Если в куче станет 21 камень или 36 камней, то Ваня увеличит количество камней в куче в 2 раза и выиграет своим первым ходом. В ситуации, когда в куче 19 камней, Ваня добавляет в кучу 1 камень таким образом, чтобы получилось 20 камней. В этом случае игрок, который будет ходить (теперь это Ваня), выигрывает своим вторым ходом.
В таблице изображено дерево возможных партий при описанной стратегии Вани. Заключительные позиции (в них выигрывает Ваня) выделены. На рисунке это же дерево изображено в графическом виде (оба способа изображения дерева допустимы).
| Петя | Ваня | Петя | Ваня | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 18 | +1 | 19 | +1 | 20 | +1 | 21 | *2 | 42 |
| +3 | 23 | *2 | 46 | |||||
| *2 | 40 | *2 | 80 | |||||
| +3 | 21 | *2 | 42 | |||||
| *2 | 36 | 72 |
Рис. 1. Дерево всех партий, возможных при описанной стратегии Пети. Ходы Пети показаны пунктирными стрелками, ходы Вани показаны сплошными стрелками. Заключительные позиции обозначены знаком >>.

