세 공 시간표, 5→1과 1→5 중 어느 쪽이 준비가 짧을까요?

실제 던지기가 아닌 세 공의 예약 시간표 퍼즐이에요. 다음 던짐까지의 박수를 1~5로 제한하고 기존 예약을 갱신해, 5→1과 1→5 반복에 들어가는 데 필요한 최소 준비와 모든 최단 기록을 찾아요.

빈 종이 띠와 연필 옆에 놓인 노랑·청록·갈색 천 공 세 개

이미지: AI 생성 · 수학 이야기

같은 세 공의 반복이라도 시작 순서에 따라 준비가 더 필요할까요? 교사는 5→1 반복과 1→5 반복 중 빨리 시작할 쪽을 고르게 해요. 실제 던지기 대신 한 박마다 공 하나를 다시 던지는 종이 시간표예요. h는 그 공을 다시 던질 때까지의 양의 정수 박수로, 1~5만 허용해요. 쉬는 박과 한 박에 두 공은 없어요.

S는 현재 박을0으로 센 세 공의 다음 던짐 예약 집합이에요. 처음 A={0,1,2}입니다. 현재 공을 꺼내고, 남은 예약의 박 번호에서1을 빼 다음 박 기준으로 바꿔요. S′는 다음 박의 예약 집합이에요. 새 예약이 이미 차 있으면 금지하므로

0∈S,h∈{1,2,3,4,5}∖S,S′={s−1:s∈S, s>0}∪{h−1}.0\in S,\qquad h\in\{1,2,3,4,5\}\setminus S,\qquad S'=\{s-1:s\in S,\ s>0\}\cup\{h-1\}.

반복의 첫 박을 새0으로 보면, 5→1은 짝수 박의 공이5박 뒤, 홀수 박의 공이1박 뒤 다시 와요. 이들이 채우지 않는0·1·3박을 초기 공이 채워야 해요. 순서를 바꾸면 빈 예약은0·2·4박이에요. 이를 각각 E·B라 해 볼까요?

A={0,1,2}→4E={0,1,3},E→5B={0,2,4}→1E.\begin{gathered}A=\{0,1,2\}\xrightarrow{4}E=\{0,1,3\},\\E\xrightarrow{5}B=\{0,2,4\}\xrightarrow{1}E.\end{gathered}

따라서 준비4 한 번 뒤5→1, 준비4→5 두 번 뒤1→5를 계속할 수 있어요. 더 짧은 준비는 없을까요? A의 첫 선택은3·4·5뿐이며 첫 갱신은 모두1을 포함해 B가 아니에요. E로 한 번에 가는 것은4뿐이에요. 첫3은 A로 돌아가고, 첫5는{0,1,4}여서 다음 갱신에도3이 남아 B가 될 수 없어요. B로 두 번에 가는 기록도4→5 하나뿐이에요.

교사는 예약을 지우고 새 박을 표시하게 해요. 5→1 쪽을 고르되, 같은 반복의 회전과 그 반복에 들어가는 비용을 구별해요. 박은 비행시간 측정값이 아니며 공의 높이·실제 숙련도는 계산하지 않아요.

착안: Juggling Lab의 표기 설명과 준비 던지기 설명. 원문 자료나 그림은 옮기지 않았어요.

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