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Problème des deux récipients
Présentation d'un exemple
On considère le problème classique de deux récipients de 7 litres et 5 litres, à côté d'un source d'eau. Les récipients ne sont pas gradués. Tout ce qu'on peut faire ses les remplir à ras-bord, les vider, les transvaser l'un dans l'autre.
Le but du jeu est d'obtenir, dans un des récipients, un certain volume prédéfini, par exemple 3 litres.
Exemple de séquence
On indique l'opération effectuée et le contenu de chaque récipient à chaque étape.
| opération | 7L | 5L |
|---|---|---|
| départ | 0L | 0L |
| remplir le 7L | 7L | 0L |
| transvaser 7L → 5L | 2L | 5L |
| vider 5L | 2L | 0L |
| transvaser 7L → 5L | 0L | 2L |
| remplir le 7L | 7L | 2L |
| transvaser 7L → 5L | 4L | 5L |
| vider 5L | 4L | 0L |
| transvaser 7L → 5L | 0L | 4L |
| remplir le 7L | 7L | 4L |
| transvaser 7L → 5L | 6L | 5L |
| etc. | … | … |
On peut prouver que si $d$ est le PGCD des deux capacités – ici 5 et 7, donc $d = 1$ – on pourra obtenir tous les volumes en $k\cdot d$ inférieurs ou égaux à la capacité max.
Autrement dit ici, on peut obtenir tous les volumes : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 litres.
Généralisation
On se donne deux récipients de capacité A et B. On souhaite obtenir le volume V.
Ces trois nombres sont entiers positifs.
On veut
- savoir si c'est possible,
- et, si c'est possible, la séquence avec le moins d'opérations permettant d'atteindre le résultat voulu.
Utilisation d'un graphe
Une façon d'arriver au résultat est de poser un graphe.
Dans l'exemple proposé il était possible, depuis une situation où le premier récipient contient 7L et le second 2L, de vider le premier dans le second pour obtenir 4L et 5L.
On pourrait résumer cela en (7,0) → (4,5).
On reconnaît deux nœuds de graphe reliés par une arête.
Le graphe correspondant est donné ci-dessous.
- En violet, les arêtes à sens unique, on doit pouvoir résoudre le problème sans les utiliser.
- En bleu le chemin menant de
0, 0à un une position où un des récipients contient 3L.
À faire
- Pour des récipients de capacités A et B, construire le graphe où les nœuds représentent toutes les situations et les arêtes sont les opérations dans transvasement permettant de passer d'une situation à une autre.
- Déterminer, s'il existe, le plus court chemin menant de la position initiale,
0, 0, à une position pour laquelle l'un des récipients contientV.
