Первый выключатель включает одну лампочку, второй - 2 лампочки и третий - 4 лампочки. Тогда: ООО - лампочки не горят I O O - горит одна O I O - горит две I I O - горит три O O I - горит четыре I O I - горит пять O I I - горит шесть I I I - горит семь
Если каждый выключатель рассчитан на 2 положения ("вкл.", "выкл."), то количество лампочек, которое можно включить тремя выключателями из расчета последовательного увеличения количества горящих лампочек, ограничено числом 2³-1 = 8-1 = 7. 1 обусловлена наличием положения "все выключено".
Таким образом, ни 8, ни 9 лампочек нельзя включить тремя выключателями так, чтобы соблюдалось условие последовательного увеличения горящих лампочек. Если увеличить количество выключателей до 4-х, то количество лампочек можно увеличить до: 2⁴-1 = 15 При этом на четвертый выключатель будет заведено 8 лампочек. В этом случае можно будет включить любое количество лампочек от 1 до 15.
Вообще, для соблюдения такого условия необходимо, чтобы на каждый выключатель были подключены лампочки в количестве N = 2ⁿ, где n - количество выключателей. Т.е. на первый: 2⁰=1, на второй: 2¹=2, на третий: 2²=4 и т.д.
Надо доказать, что для любого натурального n можно найти натуральные A и B, такие что
Заметим, что число n допускает единственное разложение по степеням простых чисел:
Где - неповторяющиеся простые числа. Построим числа A и B по следующему алгоритму. Примем сначала A=B=1. Для каждого k-го множителя в разложении числа n есть два варианта.
1) если степень четная, домножим число A на . Тогда числитель A^2 будет содержать множитель , а так как знаменатель B^3 не содержит такого множителя, частное будет тоже содержать множитель
2) если степень нечетная, домножим A на , а B домножим на . Тогда легко видеть, что отношение A^2 к B^3 будет содержать в степени , что нам и надо
Действуя таким образом, мы построим нужные нам числа A и B