원형 차이를 한 번 구하면 합은 언제나 짝수가 된다

정수들을 원형으로 놓고 이웃 차의 절댓값을 새 값으로 쓴다. 처음 합이 홀수여도 새 값의 합은 항상 짝수인가? 한 사례만 계산하지 말고 모든 항 수 n에 대한 이유를 설명하라.

가까이 본 둥근 시계 문자판과 두 바늘

사진: Ermell · CC BY-SA 4.0 · 원본 출처

D(a1,…,an)=(∣a1−a2∣,…,∣an−a1∣),ai∈ZD(a_1,\ldots,a_n)=(|a_1-a_2|,\ldots,|a_n-a_1|),\qquad a_i\in\mathbb Z

정수들을 원형으로 놓고 이웃 차의 절댓값을 새 값으로 쓴다. 처음 합이 홀수여도 새 값의 합은 항상 짝수인가? 한 사례만 계산하지 말고 모든 항 수 n에 대한 이유를 설명하라.

∑i=1n∣ai−ai+1∣≡∑i=1n(ai−ai+1)=0(mod2),an+1=a1\sum_{i=1}^{n}|a_i-a_{i+1}|\equiv\sum_{i=1}^{n}(a_i-a_{i+1})=0\pmod2,\qquad a_{n+1}=a_1

정수 m과 |m|은 같은 홀짝을 가진다. m이 음수일 때도 |m|−m은 −2m으로 짝수이기 때문이다. 따라서 각 절댓값을 홀짝 계산에서 원래 차로 바꿀 수 있다. 원형 차를 모두 더하면 각 a가 한 번 더해지고 한 번 빠져 합은 0이다. 새 합은 0과 같은 홀짝, 즉 짝수다. 예를 들어 (1,4,2,6)의 처음 합은 13이지만 새 값 (3,2,4,5)의 합은 14다. 이 주장은 한 번의 변환 뒤 합의 홀짝에 관한 성질이며 모든 항이 결국 0이 된다는 종료 증명과는 다르다. 정수가 아닌 입력에는 홀짝이라는 말을 적용할 수 없다.

교사 질문: 원형 연결을 끊어 마지막 차를 빼면 같은 짝수 결론이 남는지 예를 만들게 하자.

출처·착안: WiTje: Ducci-rijtjes. 위 문항의 조건·수치·풀이와 교사 질문은 새로 작성했다.