6. Zadatak
Na koliko je načina moguće svako od šest polja u nizu obojati jednom od tri boje (crvenom, bijelom ili plavom) tako da ne postoje tri uzastopna polja obojena trima različitim bojama?
Prvo rješenje.
Za definirajmo skupove
Zanima nas koliko elemenata ima skup .
Ukupan broj svih mogućih bojanja polja u tri boje je . Po formuli uključivanja-isključivanja vrijedi
Treba izračunati koliko pojedini skup u formuli ima elemenata.
Svaki skup ima elemenata jer imamo mogućnosti za boju polja , za boju polja i preostala boja ide na polje . Preostala polja možemo obojati u bilo koju boju.
Za skupovi imaju po elemenata jer imamo mogućnosti za boju polja , za boju polja i preostala boja ide na polje . Polja , moraju biti obojana istom bojom, a preostala polja možemo obojati u bilo koju boju.
Skupovi , imaju po elemenata jer imamo mogućnosti za boje prva polja, četvrto polje ne smije imati istu boju kao treće polje i time je boja petog polja jednoznačno određena. Preostalo šesto polje možemo obojati u bilo koju boju.
Skup ima elemenata jer imamo mogućnosti za boje prva polja i mogućnosti za boje zadnja polja.
Skupovi i imaju po elemenata jer imamo mogućnosti za boje prva polja čime su boje četvrtog i petog polja jednoznačno određene. Preostalo šesto polje možemo obojati u bilo koju boju.
Skupovi i imaju po elemenata jer imamo mogućnosti za boje prva polja čime je boja četvrtog polja jednoznačno određena, a za zadnja polja imamo mogućnosti (kao za skupove , ).
Skup ima elemenata jer polja , moraju biti iste boje za .
Dakle, broj traženih bojanja iznosi
Drugo rješenje.
Svako bojanje niza s tri boje tako da ne postoje tri uzastopna polja obojena trima različitim bojama ćemo zvati dobro. Ako su zadnja dva polja iste boje, reći ćemo da je bojanje tipa 1, a ako su zadnja dva polja različite boje, reći ćemo da je bojanje tipa 2.
Neka je broj dobrih bojanja polja tipa 1 i broj dobrih bojanja polja tipa 2. Zanima nas koliko je .
Odredimo rekurzivne relacije za i . Prvo, vrijedi . Naime, kako su polja , iste boje, svako dobro bojanje polja dolazi od jedinstvenog dobrog bojanja polja.
Promotrimo sada dobro bojanje polja tipa 2. Ako su polja , iste boje, tada polje može biti obojano u boje. Ako su polja , različite boje, tada polje mora biti obojano kao i . Stoga je .
Kako je i , uz ove relacije dobivamo da je , . Stoga je broj dobrih bojanja jednak .