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数学
题目

当 n=______时,排列 135ldots(2n-1)246ldots(2n) 为奇排列。

当 $n=$______时,排列 $135\ldots(2n-1)246\ldots(2n)$ 为奇排列。

题目解答

答案

要判断一个排列是奇排列还是偶排列,我们需要计算它的逆序数。如果逆序数是奇数,则为奇排列;如果是偶数,则为偶排列。

给定的排列为:$1, 3, 5, \dots, (2n-1), 2, 4, 6, \dots, (2n)$。
这个排列由两部分组成:前半部分是所有的奇数,按从小到大排列;后半部分是所有的偶数,按从小到大排列。

我们需要计算这个排列的总逆序数 $\tau$。
逆序数是指排列中满足 $i < j$ 且 $a_i > a_j$ 的数对 $(a_i, a_j)$ 的个数。

  1. 前半部分(奇数部分): $1, 3, 5, \dots, (2n-1)$
    这部分是严格递增的,因此奇数与奇数之间不存在逆序。

  2. 后半部分(偶数部分): $2, 4, 6, \dots, (2n)$
    这部分也是严格递增的,因此偶数与偶数之间不存在逆序。

  3. 奇数与偶数之间: 我们需要计算前面的奇数与后面的偶数构成的逆序数。
    对于排列中的每一个奇数 $2k-1$ (其中 $k = 1, 2, \dots, n$),我们需要看它后面有多少个偶数比它小。
    后面的偶数序列是 $2, 4, 6, \dots, 2n$。
    比 $2k-1$ 小的偶数有 $2, 4, 6, \dots, 2k-2$。
    这些偶数的个数为 $k-1$ 个。

    因此,奇数 $2k-1$ 贡献的逆序数为 $k-1$。

现在,我们将所有奇数贡献的逆序数相加,得到总逆序数 $\tau$:
$\tau = \sum_{k=1}^{n} (k-1) = (1-1) + (2-1) + (3-1) + \dots + (n-1)$
$\tau = 0 + 1 + 2 + \dots + (n-1)$
这是一个等差数列求和,其结果为:
$\tau = \frac{(n-1)n}{2}$

题目要求该排列为奇排列,这意味着总逆序数 $\tau$ 必须是一个奇数。
所以,我们需要 $\frac{n(n-1)}{2}$ 为奇数。

我们来分析 $n$ 取不同值时的情况:

  • 当 $n = 4m$ ($m$ 为整数)时,$\tau = \frac{4m(4m-1)}{2} = 2m(4m-1)$。因为含有因子 2,所以 $\tau$ 是偶数。
  • 当 $n = 4m + 1$ 时,$\tau = \frac{(4m+1)(4m)}{2} = 2m(4m+1)$。因为含有因子 2,所以 $\tau$ 是偶数。
  • 当 $n = 4m + 2$ 时,$\tau = \frac{(4m+2)(4m+1)}{2} = (2m+1)(4m+1)$。两个奇数相乘,结果为奇数。
  • 当 $n = 4m + 3$ 时,$\tau = \frac{(4m+3)(4m+2)}{2} = (4m+3)(2m+1)$。两个奇数相乘,结果为奇数。

综上所述,当 $n = 4m + 2$ 或 $n = 4m + 3$ ($m$ 为非负整数)时,排列为奇排列。
通常这类题目填写一个满足条件的通式或具体形式。

答案:$4k+2$ 或 $4k+3$ (其中 $k$ 为非负整数,即 $n \equiv 2 \pmod 4$ 或 $n \equiv 3 \pmod 4$)。

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