각 5점[문제 2-1](1) 함숫값 f(1),f(2),⋯,f(9)을 차례로 나열하면 4,2,3,3,2,4,4,3,1이므로, f의 반복쌍은 (2,3)과 (4,3)뿐임을 관찰할 수 있다.
+6점(2) 1≤i≤6일 때, g(i)=f(i)이고, 7≤i≤n−2일 때 g(i)=4이고,
+4점g(n−1)=f(8), g(n)=f(9)로 정의되는 함수 g는 주어진 조건을 만족한다.
+7점[문제 2-2](1) N4의 서로 다른 두 자연수 s와 t로 이루어진 모든 순서쌍 (s,t)가 반복쌍인 함수 f가 존재한다고 하자. 함숫값 f(1),f(2),⋯,f(m)을 차례로 나열했을 때 1,2,3,4가 각각 적어도 두 번 나타나야 한다. 편의상 ai=f(i)라 적자. a1이 함숫값의 나열에서 정확히 두 번 나타나면, a1이 아닌 임의의 원소 b에 대하여, (b,a1)이 반복쌍이 될 수 없으므로, a1은 함숫값의 나열에서 세 번 이상 나타난다. ai=a1인 가장 작은 i를 고르자. a1,ai가 아닌 임의의 원소 b에 대하여, (b,ai)가 반복쌍이려면, ai는 함숫값의 나열에서 세 번 이상 나타나야 한다. 마찬가지로, aj=a1,ai인 가장 작은 j를 고르자. a1,ai,aj가 아닌 임의의 원소 b에 대하여, (b,aj)가 반복쌍이려면 aj이 함숫값의 나열에서 세 번 이상 나타난다. 즉 m은 11이상이어야 한다.
+3점예를 들어 g(1),g(2),⋯,g(11)을 차례로 나열한 것이 1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3인 함수 g:N11→N4에 대하여 N4의 서로 다른 두 자연수 s와 t로 이루어진 모든 순서쌍 (s,t)가 g의 반복쌍이다. 따라서 m의 최솟값은 11이다.
+5점(2) 귀류법으로 증명하자. 반복쌍의 집합이 {(1,2),(2,3),(3,4),(4,1)}인 함수 f가 존재한다고 가정하자. f(1),f(2),⋯,f(m)을 차례로 나열한 것을 생각하자. f(1),f(2),⋯,f(k)에서 반복쌍이 나타나는 가장 작은 k를 생각하자. 예를 들어 그때의 반복쌍을 (1,2)라 하자. 또한 k의 성질과 반복쌍의 집합의 성질에 의하여, f(1),f(2),⋯,f(k)에서 반복쌍은 정확히 하나뿐이다.
+5점한편 (4,1)이 반복쌍이므로, f(k+1),f(k+2),⋯,f(m)에 1이 나타난다. 그러면 (2,1)이 f의 반복쌍이 되어 반복쌍이 (1,2),(2,3),(3,4),(4,1)뿐이라는 조건에 모순이다. f(1),f(2),⋯,f(k)에서 나타나는 반복쌍이 (2,3), (3,4), (4,1)인 경우도 같은 방법으로 증명된다.
+6점[문제 2-3]치역의 원소의 개수가 1인 경우의 수는 n이다. 치역의 원소의 개수가 2인 경우를 생각하자. 조건을 만족하려면 함숫값 f(1),f(2),⋯,f(n)을 차례로 나열했을 때 숫자가 두 번 이하로 바뀌어야 한다. 숫자가 한 번 바뀌는 경우는 첫 번째 자리를 제외한 (n−1)개의 자리 중 숫자가 바뀔 한 자리를 고르는 경우를 살펴야 하고, 숫자가 두 번 바뀌는 경우는 (n−1)개의 자리 중 숫자가 바뀔 두 자리를 고르는 경우가 된다. 따라서, 다음이 성립한다.an=n+n(n−1)×(n−1C1+n−1C2)=n+n(n−1)(n−1+2(n−1)(n−2))=n+2n2(n−1)2
+4점이로부터 nan=1+2n(n−1)2이므로 nan>2025을 계산하면, n≥17이어야 한다. 따라서 구하는 n의 최솟값은 17이다.