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Hey, Emacs, -*- latex -*- , get it? +\documentclass[12pt,a4paper]{article} +\usepackage[francais]{babel} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage[T1]{fontenc} +%\usepackage{ucs} +\usepackage{times} +% A tribute to the worthy AMS: +\usepackage{amsmath} +\usepackage{amsfonts} +\usepackage{amssymb} +\usepackage{amsthm} +% +\usepackage{mathrsfs} +\usepackage{wasysym} +\usepackage{url} +% +\usepackage{graphics} +\usepackage[usenames,dvipsnames]{xcolor} +\usepackage{tikz} +\usetikzlibrary{matrix,calc} +\usepackage{hyperref} +% +%\externaldocument{notes-mitro206}[notes-mitro206.pdf] +% +\newenvironment{qcm}{\relax}{\relax} +\newenvironment{qvar}{\relax}{\relax} +\newcounter{quescnt} +\newenvironment{question}% +{\stepcounter{quescnt}\bigskip\noindent\textbf{Question~\arabic{quescnt}.}\par\nobreak} +{\relax} +\newcounter{answcnt}[quescnt] +\newcommand\answer{% +\stepcounter{answcnt}\smallskip\textbf{(\Alph{answcnt})}~} +\let\rightanswer=\answer +% +\newcommand{\outnb}{\operatorname{outnb}} +\newcommand{\downstr}{\operatorname{downstr}} +\newcommand{\precs}{\operatorname{precs}} +\newcommand{\mex}{\operatorname{mex}} +\newcommand{\id}{\operatorname{id}} +\newcommand{\limp}{\Longrightarrow} +\newcommand{\gr}{\operatorname{gr}} +\newcommand{\rk}{\operatorname{rk}} +\newcommand{\fuzzy}{\mathrel{\|}} +% +\newcommand{\dblunderline}[1]{\underline{\underline{#1}}} +% +\DeclareUnicodeCharacter{00A0}{~} +% +\DeclareMathSymbol{\tiret}{\mathord}{operators}{"7C} +\DeclareMathSymbol{\traitdunion}{\mathord}{operators}{"2D} +% +\newif\ifcorrige +\corrigefalse +\def\seedval{test} +% +% +% +\begin{document} +\ifcorrige +\title{MITRO206\\Contrôle de connaissances — Corrigé\\{\normalsize Théories des jeux}} +\else +\title{MITRO206\\Contrôle de connaissances\\{\normalsize Théories des jeux}} +\fi +\author{} +\date{26 juin 2020} +\maketitle + +\pretolerance=8000 +\tolerance=50000 + +\vskip1truein\relax + +\noindent\textbf{Consignes.} + +Ce contrôle de connaissances est un QCM (questionnaire à choix +multiples). Chaque question admet une unique réponse correcte. Les +questions sont totalement indépendantes les unes des autres (mais +certaines peuvent se ressembler). La sélection des questions et +l'ordre ont été tirés aléatoirement et n'obéissent donc à aucune +logique particulière. + +La réponse est attendue sous forme d'une liste de numéros de question +suivie de la réponse proposée : par exemple, « \verb=1A 2B 4D= » pour +signifier que la réponse proposée à la question 1 est (A), la réponse +proposée à la question 2 est (B), et la réponse proposée à la +question 4 est (D). + +Une réponse incorrecte sera (possiblement jusqu'à deux fois) plus +fortement pénalisée qu'une absence de réponse : il est donc préférable +de ne pas répondre à une question que de répondre aléatoirement. + +\medbreak + +Durée : 1h de 17h30 à 18h30 + +\vfill + +\noindent +Sujet généré pour : \texttt{\seedval} + +\medskip + +{\tiny\noindent +\immediate\write18{sh ./vc > vcline.tex} +Git: \input{vcline.tex} +\immediate\write18{echo ' (stale)' >> vcline.tex} +\par} + +\pagebreak + +\begin{qcm} + + +% +% +% + +\begin{question} + +Considérons le jeu suivant : Alice choisit une ligne du tableau +suivant, \emph{puis} (en ayant connaissance du choix qu'Alice vient de +faire) Bob choisit une colonne ; Alice gagne alors un score égal au +nombre inscrit dans le tableau (à la ligne et la colonne choisies) et +Bob gagne le score opposé. (Chaque joueur cherche à maximiser son +score.) + +\begin{center} +\begin{tabular}{r|rrrrr} +$\downarrow$Alice, Bob$\rightarrow$&U&V&W&X&Y\\\hline +U&$0$&$0$&$+1$&$+1$&$-1$\\ +V&$0$&$0$&$-1$&$-1$&$+1$\\ +W&$-1$&$+1$&$0$&$0$&$+2$\\ +X&$-1$&$+1$&$0$&$0$&$-1$\\ +Y&$+1$&$-1$&$-2$&$+1$&$0$\\ +%% m = Matrix(QQ, 5, 5, [[0, 0, 1, 1, -1], [0, 0, -1, -1, 1], [-1, 1, 0, 0, 2], [-1, 1, 0, 0, -1], [1, -1, -2, 1, 0]]) +\end{tabular} +\end{center} + +Laquelle des affirmations suivantes est correcte ? + +\rightanswer +il s'agit d'un jeu à information parfaite, et Alice a une stratégie +lui garantissant un score $\geq -1$ + +\answer +il s'agit d'un jeu à information parfaite, et Alice a une stratégie +lui garantissant un score $\geq +2$ + +\answer +il s'agit d'un jeu en forme normale, à information imparfaite, et les +deux joueurs ont une stratégie leur donnant à chacun un score espéré +$\geq 0$ + +\answer +il s'agit d'un jeu en forme normale, à information imparfaite, et les +deux joueurs ont une stratégie leur donnant à chacun un score espéré +$\geq +1$ + +\end{question} + + +% +% +% + +\begin{question} + +Alice et Bob jouent au jeu suivant : chacun tour à tour place un pion +sur un échiquier $8\times 8$ de manière à n'être ni sur la même ligne, +ni sur la même colonne, ni sur une même diagonale (dans un sens ou +dans l'autre) qu'un pion déjà placé (par un joueur ou l'autre) ; +autrement dit, les pions ne doivent pas pouvoir se prendre selon un +mouvement de dame aux échecs. Comme d'habitude, le premier joueur qui +ne peut pas jouer a perdu. + +Chloé tient le raisonnement suivant (imitant le raisonnement +justifiant que dans le jeu de chomp le premier joueur a une stratégie +gagnante) : « (1) on a affaire à un jeu à information parfaite, +impartial, défini par un graphe bien-fondé, donc l'un des deux joueurs +a une stratégie gagnante ; (2) ce joueur est forcément Alice : en +effet, supposons par l'absurde que ce soit Bob, alors Bob aurait un +coup gagnant à jouer en réponse à n'importe quel coup initial d'Alice, +mais Alice pourrait jouer ce coup dès le premier tour, se mettant +ainsi dans la position supposément gagnante ». + +Que pensez-vous de ce raisonnement (on ne demande pas de se prononcer +sur l'exactitude de la conclusion, i.e., si Alice a une stratégie +gagnante ou pas, mais sur le \emph{raisonnement} qu'on vient +d'écrire) ? + +\rightanswer +la partie (1) est correcte, mais la partie (2) ne l'est pas (Alice ne +peut pas forcément se ramener à une position supposément gagnante) + +\answer +la partie (1) est incorrecte (il ne s'agit pas d'un jeu à information +parfaite impartial défini par un graphe bien-fondé) + +\answer +le raisonnement est correct (les deux parties (1) et (2) le sont) + +\end{question} + + +% +% +% + +\begin{qvar} + +\begin{question} + +Considérons le jeu en forme normale à somme nulle, symétrique, entre +Alice et Bob, dont la matrice des gains est donnée par le tableau +suivant (Alice choisit la ligne, Bob choisit la colonne, le tableau +donne le gain d'Alice et le gain de Bob est l'opposé de la valeur +indiquée) : + +\begin{center} +\begin{tabular}{r|rrrrr} +$\downarrow$Alice, Bob$\rightarrow$&U&V&W&X&Y\\\hline +U&$0$&$0$&$+1$&$+1$&$-1$\\ +V&$0$&$0$&$-1$&$-1$&$+1$\\ +W&$-1$&$+1$&$0$&$0$&$+2$\\ +X&$-1$&$+1$&$0$&$0$&$-1$\\ +Y&$+1$&$-1$&$-2$&$+1$&$0$\\ +%% m = Matrix(QQ, 5, 5, [[0, 0, 1, 1, -1], [0, 0, -1, -1, 1], [-1, 1, 0, 0, 2], [-1, 1, 0, 0, -1], [1, -1, -2, 1, 0]]) +\end{tabular} +\end{center} + +Laquelle des réponses suivantes est une stratégie optimale à ce jeu ? +(Chaque réponse proposée est la liste des probabilités de jouer les +options U,V,W,X,Y dans cet ordre.) + +\rightanswer +$(\frac{1}{2}, 0, \frac{1}{4}, 0, \frac{1}{4})$ + +\answer +$(1, 0, 0, 0, 0)$ + +\answer +$(0, \frac{1}{3}, 0, \frac{1}{3}, \frac{1}{3})$ + +\answer +$(0, 0, 0, 0, 1)$ + +\end{question} + +\begin{question} + +Considérons le jeu en forme normale à somme nulle, symétrique, entre +Alice et Bob, dont la matrice des gains est donnée par le tableau +suivant (Alice choisit la ligne, Bob choisit la colonne, le tableau +donne le gain d'Alice et le gain de Bob est l'opposé de la valeur +indiquée) : + +\begin{center} +\begin{tabular}{r|rrrrr} +$\downarrow$Alice, Bob$\rightarrow$&U&V&W&X&Y\\\hline +U&$0$&$+1$&$-1$&$0$&$-1$\\ +V&$-1$&$0$&$+2$&$-1$&$-1$\\ +W&$+1$&$-2$&$0$&$+1$&$+2$\\ +X&$0$&$+1$&$-1$&$0$&$0$\\ +Y&$+1$&$+1$&$-2$&$0$&$0$\\ +%% m = Matrix(QQ, 5, 5, [[0, 1, -1, 0, -1], [-1, 0, 2, -1, -1], [1, -2, 0, 1, 2], [0, 1, -1, 0, 0], [1, 1, -2, 0, 0]]) +\end{tabular} +\end{center} + +Laquelle des réponses suivantes est une stratégie optimale à ce jeu ? +(Chaque réponse proposée est la liste des probabilités de jouer les +options U,V,W,X,Y dans cet ordre.) + +\rightanswer +$(\frac{1}{4}, \frac{1}{4}, \frac{1}{4}, \frac{1}{4}, 0)$ + +\answer +$(\frac{1}{5}, \frac{1}{5}, \frac{1}{5}, \frac{1}{5}, \frac{1}{5})$ + +\answer +$(0, 0, 0, 0, 1)$ + +\answer +$(\frac{1}{3}, \frac{1}{3}, \frac{1}{3}, 0, 0)$ + +\end{question} + +\begin{question} + +Considérons le jeu en forme normale à somme nulle, symétrique, entre +Alice et Bob, dont la matrice des gains est donnée par le tableau +suivant (Alice choisit la ligne, Bob choisit la colonne, le tableau +donne le gain d'Alice et le gain de Bob est l'opposé de la valeur +indiquée) : + +\begin{center} +\begin{tabular}{r|rrrrr} +$\downarrow$Alice, Bob$\rightarrow$&U&V&W&X&Y\\\hline +U&$0$&$+2$&$+1$&$0$&$-2$\\ +V&$-2$&$0$&$+1$&$+1$&$+1$\\ +W&$-1$&$-1$&$0$&$-1$&$+2$\\ +X&$0$&$-1$&$+1$&$0$&$-2$\\ +Y&$+2$&$-1$&$-2$&$+2$&$0$\\ +%% m = Matrix(QQ, 5, 5, [[0, 2, 1, 0, -2], [-2, 0, 1, 1, 1], [-1, -1, 0, -1, 2], [0, -1, 1, 0, -2], [2, -1, -2, 2, 0]]) +\end{tabular} +\end{center} + +Laquelle des réponses suivantes est une stratégie optimale à ce jeu ? +(Chaque réponse proposée est la liste des probabilités de jouer les +options U,V,W,X,Y dans cet ordre.) + +\rightanswer +$(\frac{2}{5}, 0, \frac{2}{5}, 0, \frac{1}{5})$ + +\answer +$(\frac{1}{2}, 0, \frac{1}{2}, 0, 0)$ + +\answer +$(0, 0, \frac{2}{5}, \frac{2}{5}, \frac{1}{5})$ + +\answer +$(0, 0, \frac{1}{2}, \frac{1}{2}, 0)$ + +\end{question} + +\end{qvar} + + +% +% +% + +\begin{qvar} + +\begin{question} + +Considérons le jeu en forme normale à somme nulle, entre Alice et Bob, +dont la matrice des gains est donnée par le tableau suivant (Alice +choisit la ligne, Bob choisit la colonne, le tableau donne le gain +d'Alice et le gain de Bob est l'opposé de la valeur indiquée) : + +\begin{center} +\begin{tabular}{r|rrr} +$\downarrow$Alice, Bob$\rightarrow$&X&Y&Z\\\hline +U&$-3$&$0$&$+3$\\ +V&$0$&$-1$&$-3$\\ +W&$-2$&$+2$&$-1$\\ +%% m = Matrix(QQ, 3, 3, [[-3, 0, 3], [0, -1, -3], [-2, 2, -1]]) +\end{tabular} +\end{center} + +Quelle est la stratégie optimale de chacun des deux joueurs à ce jeu ? +(Chaque réponse proposée est la liste des probabilités pour Alice de +jouer les options U,V,W dans cet ordre puis pour Bob de jouer X,Y,Z.) + +\rightanswer +$(\frac{1}{3}, \frac{2}{3}, 0)$ pour Alice, et $(\frac{2}{3}, 0, +\frac{1}{3})$ pour Bob + +\answer +$(\frac{1}{4}, \frac{3}{4}, 0)$ pour Alice, et $(\frac{1}{4}, +\frac{3}{4}, 0)$ pour Bob + +\answer +$(0,1,0)$ pour Alice, et $(1,0,0)$ pour Bob + +\end{question} + +\begin{question} + +Considérons le jeu en forme normale à somme nulle, entre Alice et Bob, +dont la matrice des gains est donnée par le tableau suivant (Alice +choisit la ligne, Bob choisit la colonne, le tableau donne le gain +d'Alice et le gain de Bob est l'opposé de la valeur indiquée) : + +\begin{center} +\begin{tabular}{r|rrr} +$\downarrow$Alice, Bob$\rightarrow$&X&Y&Z\\\hline +U&$-3$&$-2$&$+2$\\ +V&$+1$&$+2$&$0$\\ +W&$0$&$-2$&$-3$\\ +%% m = Matrix(QQ, 3, 3, [[-3, -2, 2], [1, 2, 0], [0, -2, -3]]) +\end{tabular} +\end{center} + +Quelle est la stratégie optimale de chacun des deux joueurs à ce jeu ? +(Chaque réponse proposée est la liste des probabilités pour Alice de +jouer les options U,V,W dans cet ordre puis pour Bob de jouer X,Y,Z.) + +\rightanswer +$(\frac{1}{6}, \frac{5}{6}, 0)$ pour Alice, et $(\frac{1}{3}, 0, +\frac{2}{3})$ pour Bob + +\answer +$(\frac{3}{8}, 0, \frac{5}{8})$ pour Alice, et $(\frac{5}{8}, 0, +\frac{3}{8})$ pour Bob + +\answer +$(0,1,0)$ pour Alice, et $(0,0,1)$ pour Bob + +\end{question} + +\begin{question} + +Considérons le jeu en forme normale à somme nulle, entre Alice et Bob, +dont la matrice des gains est donnée par le tableau suivant (Alice +choisit la ligne, Bob choisit la colonne, le tableau donne le gain +d'Alice et le gain de Bob est l'opposé de la valeur indiquée) : + +\begin{center} +\begin{tabular}{r|rrr} +$\downarrow$Alice, Bob$\rightarrow$&X&Y&Z\\\hline +U&$-3$&$-2$&$+2$\\ +V&$+3$&$+1$&$0$\\ +W&$+1$&$+1$&$-1$\\ +%% m = Matrix(QQ, 3, 3, [[-3, -2, 2], [3, 1, 0], [1, 1, -1]]) +\end{tabular} +\end{center} + +Quelle est la stratégie optimale de chacun des deux joueurs à ce jeu ? +(Chaque réponse proposée est la liste des probabilités pour Alice de +jouer les options U,V,W dans cet ordre puis pour Bob de jouer X,Y,Z.) + +\rightanswer +$(\frac{1}{5}, \frac{4}{5}, 0)$ pour Alice, et $(0, \frac{2}{5}, +\frac{3}{5})$ pour Bob + +\answer +$(\frac{1}{3}, 0, \frac{2}{3})$ pour Alice, et $(0, \frac{1}{2}, +\frac{1}{2})$ pour Bob + +\answer +$(0,1,0)$ pour Alice, et $(0,0,1)$ pour Bob + +\end{question} + +\end{qvar} + + +% +% +% + +\begin{question} + +Considérons le jeu (en forme normale) analogue à +pierre-papier-ciseaux, sauf que les deux joueurs \emph{détestent} +choisir tous les deux la même option, si bien que la matrice des gains +est la suivante (ce n'est plus un jeu à somme nulle !) : + +\begin{center} +\begin{tabular}{r|ccc} +$\downarrow$Alice, Bob$\rightarrow$&Pierre&Papier&Ciseaux\\\hline +Pierre&$-100,-100$&$-1,+1$&$+1,-1$\\ +Papier&$+1,-1$&$-100,-100$&$-1,+1$\\ +Ciseaux&$-1,+1$&$+1,-1$&$-100,-100$\\ +\end{tabular} +\end{center} + +On considère deux profils de stratégies mixtes : (x) Alice et Bob +jouent tous les deux une option entre pierre, papier ou ciseaux +choisie aléatoirement avec probabilité $\frac{1}{3}$ (comme la +stratégie optimale dans le cas du jeu à somme nulle) ; et : (y) Alice +et Bob jouent tous les deux : papier avec probabilité $\frac{101}{200} += 0.505$, pierre avec probabilité $\frac{99}{200} = 0.495$ et jamais +ciseaux. Que pensez-vous de ces deux profils ? + +\rightanswer +(x) est un équilibre de Nash, mais (y) n'en est pas un + +\answer +(x) n'est pas un équilibre de Nash, mais (y) en est un + +\answer +(x) et (y) sont tous les deux des équilibres de Nash + +\answer +ni (x) ni (y) n'est un équilibre de Nash + +\end{question} + + +% +% +% + +\begin{qvar} + +\begin{question} + +Douze joueurs jouent au jeu suivant : chacun choisit une option parmi +« rouge », « vert » ou « bleu ». Chacun reçoit alors un score (entre +$1$ et $12$) égal au nombre (total) de joueurs ayant choisi cette +option. (Autrement dit, chaque joueur choisit sa couleur et essaie +d'être dans un groupe aussi grand que possible.) + +On considère trois profils de stratégies mixtes : (x) tous les joueurs +jouent « rouge » ; (y) chaque joueur joue une option tirée au hasard +uniformément (c'est-à-dire avec probabilité $\frac{1}{3}$ pour +chacune) ; et (z) chaque joueur joue une option tirée au hasard mais +uniquement entre « rouge » et « vert », chacune avec +probabilité $\frac{1}{2}$. Que pensez-vous de ces profils ? + +\rightanswer +(x), (y) et (z) sont tous les trois des équilibres de Nash + +\answer +(x) est un équilibre de Nash, mais (y) et (z) n'en sont pas + +\answer +(y) est un équilibre de Nash, mais (x) et (z) n'en sont pas + +\answer +(y) et (z) sont tous les deux des équilibres de Nash, mais (x) n'en +est pas + +\answer +(x) et (y) sont tous les deux des équilibres de Nash, mais (z) n'en +est pas + +\answer +ni (x) ni (y) ni (z) n'est un équilibre de Nash + +\end{question} + +\begin{question} + +Douze joueurs jouent au jeu suivant : chacun choisit une option parmi +« rouge », « vert » ou « bleu ». Chacun reçoit alors un score (entre +$-1$ et $-12$) égal à \emph{l'opposé} du nombre (total) de joueurs +ayant choisi cette option. (Autrement dit, chaque joueur choisit sa +couleur et essaie d'être dans un groupe aussi petit que possible.) + +On considère trois profils de stratégies mixtes : (x) tous les joueurs +jouent « rouge » ; (y) chaque joueur joue une option tirée au hasard +uniformément (c'est-à-dire avec probabilité $\frac{1}{3}$ pour +chacune) ; et (z) chaque joueur joue une option tirée au hasard mais +uniquement entre « rouge » et « vert », chacune avec +probabilité $\frac{1}{2}$. Que pensez-vous de ces profils ? + +\rightanswer +(y) est un équilibre de Nash, mais (x) et (z) n'en sont pas + +\answer +(x), (y) et (z) sont tous les trois des équilibres de Nash + +\answer +(x) est un équilibre de Nash, mais (y) et (z) n'en sont pas + +\answer +(y) et (z) sont tous les deux des équilibres de Nash, mais (x) n'en +est pas + +\answer +(x) et (y) sont tous les deux des équilibres de Nash, mais (z) n'en +est pas + +\answer +ni (x) ni (y) ni (z) n'est un équilibre de Nash + +\end{question} + +\end{qvar} + + +% +% +% + +\begin{question} + +Ambre et Bastien ($8$ ans) jouent à +pierre-papier-ciseaux-éléphant-souris, dont les règles sont les +suivantes : chacun choisit une des cinq options (pierre, papier, +ciseau, éléphant ou souris) indépendamment de l'autre, et +\begin{itemize} +\item si les deux joueurs ont choisi la même option, le jeu est nul, + sinon : +\item si les deux joueurs ont choisi parmi pierre, papier ou ciseaux, + le gagnant est déterminé comme à pierre-papier-ciseaux (i.e., le + papier gagne sur la pierre, les ciseaux gagnent sur le papier et la + pierre gagne sur les ciseaux), +\item l'éléphant gagne sur tout sauf la souris, +\item la souris gagne sur l'éléphant et perd contre tout le reste. +\end{itemize} +(On accordera la valeur $+1$ au fait de gagner, $-1$ au fait de +perdre, et $0$ à un match nul.) + +Quelle est la stratégie optimale à ce jeu ? + +\rightanswer +jouer chacun de pierre, papier et ciseaux avec probabilité +$\frac{1}{9}$, éléphant avec probabilité $\frac{1}{3}$ et souris avec +probabilité $\frac{1}{3}$ + +\answer +jouer chacun de pierre, papier et ciseaux avec probabilité +$\frac{1}{3}$, et jamais éléphant ni souris + +\answer +jouer chacun de pierre, papier, ciseaux avec probabilité +$\frac{1}{6}$, éléphant avec probabilité $\frac{1}{2}$ et jamais +souris + +\answer +jouer chacun de pierre, papier et ciseaux avec probabilité +$\frac{1}{4}$, éléphant avec probabilité $\frac{1}{8}$ et souris avec +probabilité $\frac{1}{8}$ + +\answer +jouer chacune des cinq options avec probabilité $\frac{1}{5}$ + +\end{question} + + +% +% +% + +\begin{qvar} + +\begin{question} + +Alice et Bob jouent au jeu de type Gale-Stewart suivant : chacun à son +tour choisit un chiffre binaire (soit $0$ soit $1$ : Alice choisit +$a_1$ puis Bob choisit $a_2$ puis Alice choisit $a_3$ et ainsi de +suite). Au bout d'un nombre infini de tours, on considère le nombre +réel $x$ entre $0$ et $1$ dont l'écriture binaire fractionnaire est +formée de ces chiffres (c'est-à-dire $x = \sum_{i=1}^{+\infty} +a_i\,2^{-i}$, ou $0{.}a_1a_2a_3\ldots$ en écriture binaire) : si $x +\leq \frac{1}{3}$, Alice gagne, tandis que si $x > \frac{1}{3}$, Bob +gagne. (À toutes fins utiles, on rappelle que $\frac{1}{3}$ s'écrit +$0{.}01010101\ldots$ en binaire.) Que pensez-vous de ce jeu ? + +\rightanswer +Alice a une stratégie gagnante + +\answer +Bob a une stratégie gagnante + +\answer +aucun joueur n'a de stratégie gagnante + +\answer +un joueur a une stratégie gagnante, mais il est impossible de savoir +lequel + +\end{question} + +\begin{question} + +Alice et Bob jouent au jeu de type Gale-Stewart suivant : chacun à son +tour choisit un chiffre binaire (soit $0$ soit $1$ : Alice choisit +$a_1$ puis Bob choisit $a_2$ puis Alice choisit $a_3$ et ainsi de +suite). Au bout d'un nombre infini de tours, on considère le nombre +réel $x$ entre $0$ et $1$ dont l'écriture binaire fractionnaire est +formée de ces chiffres (c'est-à-dire $x = \sum_{i=1}^{+\infty} +a_i\,2^{-i}$, ou $0{.}a_1a_2a_3\ldots$ en écriture binaire) : si $x +< \frac{2}{3}$, Alice gagne, tandis que si $x \geq \frac{2}{3}$, Bob +gagne. (À toutes fins utiles, on rappelle que $\frac{2}{3}$ s'écrit +$0{.}10101010\ldots$ en binaire.) Que pensez-vous de ce jeu ? + +\rightanswer +Alice a une stratégie gagnante + +\answer +Bob a une stratégie gagnante + +\answer +aucun joueur n'a de stratégie gagnante + +\answer +un joueur a une stratégie gagnante, mais il est impossible de savoir +lequel + +\end{question} + +\end{qvar} + + +% +% +% + +\begin{question} + +Soit $A \subseteq \{0,1\}^{\mathbb{N}_{>0}}$ l'ensemble des suites +binaires $\dblunderline{a} := (a_1,a_2,a_3,\ldots)$ (indicées par +$\mathbb{N}_{>0} = \{1,2,3,4,\ldots\}$) ayant la propriété suivante : +il existe $k\geq 1$ tel que $a_{k+i} = a_i$ pour tout $1\leq i\leq k$, +autrement dit, les $k$ premiers termes de la suite $(a_1,\ldots,a_k)$ +sont immédiatement répétés en $(a_{k+1},\ldots,a_{2k})$. (À titre +d'exemple, toute suite commençant par $(0,1,0,1,\ldots)$ appartient +à $A$ puisque les $k=2$ premiers termes sont immédiatement répétés.) + +Alice et Bob jouent au jeu de type Gale-Stewart suivant : chacun à son +tour choisit un chiffre binaire (soit $0$ soit $1$ : Alice choisit +$a_1$ puis Bob choisit $a_2$ puis Alice choisit $a_3$ et ainsi de +suite). Au bout d'un nombre infini de tours, Alice gagne si la suite +$\dblunderline{a} := (a_1,a_2,a_3,\ldots)$ appartient à $A$, tandis +que Bob gagne dans le cas contraire. (Bref, Alice cherche à ce qu'il +existe $k\geq 1$ tel que les $k$ premiers termes de la suite se +répètent immédiatement, Bob cherche à empêcher ce fait.) + +Que pensez-vous de cette partie $A$ et de ce jeu ? + +\rightanswer +$A$ est ouvert mais n'est pas fermé ; Bob a une stratégie gagnante + +\answer +$A$ est fermé mais n'est pas ouvert ; Bob a une stratégie gagnante + +\answer +$A$ est ouvert mais n'est pas fermé ; Alice a une stratégie gagnante + +\answer +$A$ est fermé mais n'est pas ouvert ; Alice a une stratégie gagnante + +\end{question} + + +% +% +% + +\begin{qvar} + +\begin{question} + +Quel joueur a une stratégie gagnante dans la configuration du jeu de +nim où il y a $5$, $7$, $9$ et $11$ bâtonnets sur les (quatre) lignes +du jeu ? + +\rightanswer +le second joueur (celui qui vient de jouer) + +\answer +le premier joueur (celui qui doit jouer) + +\end{question} + +\begin{question} + +Quel joueur a une stratégie gagnante dans la configuration du jeu de +nim où il y a $7$, $9$, $11$ et $13$ bâtonnets sur les (quatre) lignes +du jeu ? + +\rightanswer +le premier joueur (celui qui doit jouer) + +\answer +le second joueur (celui qui vient de jouer) + +\end{question} + +\end{qvar} + + +% +% +% + +\begin{qvar} + +\begin{question} + +C'est à votre tour de jouer au jeu de nim dans une configuration où il +y a $1$, $4$, $10$ et $12$ bâtonnets sur les (quatre) lignes du jeu. +Que faites-vous (pour suivre la stratégie gagnante) ? + +\rightanswer +retirer $1$ bâtonnet de la ligne qui en a $10$ (qui passe donc à $9$) + +\answer +retirer $3$ bâtonnets de la ligne qui en a $10$ (qui passe donc à $7$) + +\answer +retirer le seul bâtonnet de la ligne qui en a $1$ (qui disparaît donc) + +\answer +retirer $3$ bâtonnets de la ligne qui en a $12$ (qui passe donc à $9$) + +\end{question} + +\begin{question} + +C'est à votre tour de jouer au jeu de nim dans une configuration où il +y a $1$, $6$, $8$ et $12$ bâtonnets sur les (quatre) lignes du jeu. +Que faites-vous (pour suivre la stratégie gagnante) ? + +\rightanswer +retirer $1$ bâtonnet de la ligne qui en a $6$ (qui passe donc à $5$) + +\answer +retirer $3$ bâtonnets de la ligne qui en a $6$ (qui passe donc à $3$) + +\answer +retirer le seul bâtonnet de la ligne qui en a $1$ (qui disparaît donc) + +\answer +retirer $3$ bâtonnets de la ligne qui en a $8$ (qui passe donc à $5$) + +\end{question} + +\end{qvar} + + +% +% +% + +\begin{qvar} + +\begin{question} + +On considère le jeu combinatoire (impartial, à information parfaite) +associé au graphe orienté acyclique représenté ci-dessous, la position +de départ étant notée $s$ : + +\begin{center} +\begin{tikzpicture}[>=stealth,thick,text width=5bp,text height=5bp,text depth=0bp] +\node (n00) at (0bp,0bp) [draw,circle] {}; +\node (n01) at (40bp,0bp) [draw,circle] {}; +\node (n02) at (80bp,0bp) [draw,circle] {}; +\node (n10) at (0bp,-40bp) [draw,circle] {}; +\node (n11) at (40bp,-40bp) [draw,circle] {}; +\node (n12) at (80bp,-40bp) [draw,circle] {}; +\node (n20) at (0bp,-80bp) [draw,circle] {}; +\node (n21) at (40bp,-80bp) [draw,circle] {}; +\node (n22) at (80bp,-80bp) [draw,circle] {$s$}; +\draw[->] (n01) -- (n00); \draw[->] (n02) -- (n01); +\draw[->] (n11) -- (n10); \draw[->] (n12) -- (n11); +\draw[->] (n21) -- (n20); \draw[->] (n22) -- (n21); +\draw[->] (n11) -- (n00); \draw[->] (n12) -- (n01); +\draw[->] (n21) -- (n10); \draw[->] (n22) -- (n11); +\draw[->] (n10) -- (n00); \draw[->] (n20) -- (n10); +\draw[->] (n11) -- (n01); \draw[->] (n21) -- (n11); +\draw[->] (n12) -- (n02); \draw[->] (n22) -- (n12); +\end{tikzpicture} +\end{center} + +Quelle est la valeur de Grundy du jeu (i.e., celle de la +position $s$) ? + +\rightanswer +$0$ + +\answer +$1$ + +\answer +$2$ + +\answer +$3$ + +\answer +$4$ + +\end{question} + +\begin{question} + +On considère le jeu combinatoire (impartial, à information parfaite) +associé au graphe orienté acyclique représenté ci-dessous, la position +de départ étant notée $s$ : + +\begin{center} +\begin{tikzpicture}[>=stealth,thick,text width=5bp,text height=5bp,text depth=0bp] +\node (n00) at (0bp,0bp) [draw,circle] {}; +\node (n01) at (40bp,0bp) [draw,circle] {}; +\node (n02) at (80bp,0bp) [draw,circle] {}; +\node (n10) at (0bp,-40bp) [draw,circle] {}; +\node (n11) at (40bp,-40bp) [draw,circle] {}; +\node (n12) at (80bp,-40bp) [draw,circle] {}; +\node (n20) at (0bp,-80bp) [draw,circle] {}; +\node (n21) at (40bp,-80bp) [draw,circle] {}; +\node (n22) at (80bp,-80bp) [draw,circle] {$s$}; +\draw[->] (n01) -- (n00); \draw[->] (n02) -- (n01); +\draw[->] (n11) -- (n10); \draw[->] (n12) -- (n11); +\draw[->] (n21) -- (n20); \draw[->] (n22) -- (n21); +\draw[->] (n21) -- (n10); \draw[->] (n22) -- (n11); +\draw[->] (n10) -- (n00); \draw[->] (n20) -- (n10); +\draw[->] (n11) -- (n01); \draw[->] (n21) -- (n11); +\draw[->] (n12) -- (n02); \draw[->] (n22) -- (n12); +\end{tikzpicture} +\end{center} + +Quelle est la valeur de Grundy du jeu (i.e., celle de la +position $s$) ? + +\rightanswer +$3$ + +\answer +$0$ + +\answer +$1$ + +\answer +$2$ + +\answer +$4$ + +\end{question} + +\end{qvar} + + +% +% +% + +\begin{question} + +Quel joueur a une stratégie gagnante dans le jeu combinatoire +(impartial, à information parfaite) associé au graphe orienté +acyclique représenté ci-dessous, la position de départ étant +notée $s$ ? + +\begin{center} +\begin{tikzpicture}[>=stealth,thick,text width=5bp,text height=5bp,text depth=0bp] +\node (l0) at (-40bp,0bp) [draw,circle] {}; +\node (c0) at (0bp,0bp) [draw,circle] {}; +\node (r0) at (40bp,0bp) [draw,circle] {}; +\node (l1) at (-40bp,-40bp) [draw,circle] {}; +\node (c1) at (0bp,-40bp) [draw,circle] {}; +\node (r1) at (40bp,-40bp) [draw,circle] {}; +\node (l2) at (-40bp,-80bp) [draw,circle] {}; +\node (c2) at (0bp,-80bp) [draw,circle] {}; +\node (r2) at (40bp,-80bp) [draw,circle] {}; +\node (l3) at (-40bp,-120bp) [draw,circle] {}; +\node (c3) at (0bp,-120bp) [draw,circle] {}; +\node (r3) at (40bp,-120bp) [draw,circle] {}; +\node (l4) at (-40bp,-160bp) [draw,circle] {}; +\node (c4) at (0bp,-160bp) [draw,circle] {}; +\node (r4) at (40bp,-160bp) [draw,circle] {}; +\node (c5) at (0bp,-200bp) [draw,circle] {$s$}; +\draw[->] (l0) -- (c0); \draw[->] (r0) -- (c0); +\draw[->] (l1) -- (l0); \draw[->] (l1) -- (c0); +\draw[->] (c1) -- (l0); \draw[->] (c1) -- (r0); +\draw[->] (r1) -- (r0); \draw[->] (r1) -- (c0); +\draw[->] (l1) -- (c1); \draw[->] (r1) -- (c1); +\draw[->] (l2) -- (l1); \draw[->] (l2) -- (c1); +\draw[->] (c2) -- (l1); \draw[->] (c2) -- (r1); +\draw[->] (r2) -- (r1); \draw[->] (r2) -- (c1); +\draw[->] (l2) -- (c2); \draw[->] (r2) -- (c2); +\draw[->] (l3) -- (l2); \draw[->] (l3) -- (c2); +\draw[->] (c3) -- (l2); \draw[->] (c3) -- (r2); +\draw[->] (r3) -- (r2); \draw[->] (r3) -- (c2); +\draw[->] (l3) -- (c3); \draw[->] (r3) -- (c3); +\draw[->] (l4) -- (l3); \draw[->] (l4) -- (c3); +\draw[->] (c4) -- (l3); \draw[->] (c4) -- (r3); +\draw[->] (r4) -- (r3); \draw[->] (r4) -- (c3); +\draw[->] (l4) -- (c4); \draw[->] (r4) -- (c4); +\draw[->] (c5) -- (l4); \draw[->] (c5) -- (r4); +\end{tikzpicture} +\end{center} + +\rightanswer +le second joueur + +\answer +le premier joueur + +\answer +aucun des deux + +\end{question} + + +% +% +% + +\begin{question} + +Alice et Bob jouent au jeu suivant sur un échiquier $8\times 8$ sur +lequel est positionné un unique pion (commun aux deux joueurs) : +\begin{itemize} +\item le pion démarre sur la case au coin sud-est de l'échiquier, et + Alice joue en premier, +\item chaque joueur, tour à tour, déplace le pion d'une seule case, + soit vers le nord, soit vers l'ouest, soit (en diagonale) vers le + nord-ouest, mais sans dépasser les limites de l'échiquier, +\item celui qui atteint la case au coin nord-ouest de l'échiquier a + \emph{gagné} (il revient au même de dire que le joueur qui ne peut + plus jouer a perdu). +\end{itemize} + +Que pensez-vous de ce jeu ? (On pourra par exemple calculer de proche +en proche la valeur de Grundy, ou le type $\mathtt{P}$ ou +$\mathtt{N}$, de chacune des $64$ positions possibles.) + +\rightanswer +Alice a une stratégie gagnante, et (pour la suivre) doit commencer par +déplacer le pion en diagonale (d'une case vers le nord-ouest) + +\answer +Alice a une stratégie gagnante, et (pour la suivre) doit commencer par +déplacer le pion d'une case vers le nord ou, indifféremment, vers +l'ouest + +\answer +Alice a une stratégie gagnante, et (pour la suivre) peut commencer par +un coup quelconque + +\answer +Bob a une stratégie gagnante + +\end{question} + + +% +% +% + +\begin{question} + +On considère une variante du jeu de nim, mais avec la différence qu'on +peut retirer \emph{un ou deux} bâtonnets d'une seule ligne (et dans la +limite du nombre effectivement présent sur cette ligne !). Par +exemple, à partir de la position $(1,2,3)$ (c'est-à-dire la position +dans laquelle il y $1$ bâtonnet sur une ligne, $2$ sur une autre, et +$3$ sur la troisième), on pourrait aller en $(0,2,3)$ ou $(1,1,3)$ ou +$(1,0,3)$ ou $(1,2,2)$ ou $(1,2,1)$ mais pas en $(1,2,0)$. Comme +d'habitude, le jeu se termine quand un joueur ne peut plus jouer +(c'est-à-dire quand il n'y a plus de bâtonnets), et le joueur qui +devait jouer a alors perdu. + +Laquelle des descriptions suivantes définit la stratégie gagnante de +ce jeu ? (On pourra commencer par la valeur de Grundy de la position +où il y a une unique ligne avec $n$ bâtonnets, et se rappeler que la +valeur de Grundy de la somme de nim de deux jeux est la somme de nim +des valeurs de Grundy.) + +\rightanswer +jouer de manière à ce qu'il y ait un nombre pair de lignes ayant un +nombre de bâtonnets congru à $1$ modulo $3$ et aussi un nombre pair de +lignes ayant un nombre de bâtonnets congru à $2$ modulo $3$ + +\answer +jouer de manière à ce qu'il y ait un nombre impair de lignes ayant un +nombre de bâtonnets congru à $1$ modulo $3$ et aussi un nombre pair de +lignes ayant un nombre de bâtonnets congru à $2$ modulo $3$ + +\answer +jouer de manière à ce qu'il y ait un nombre pair de lignes ayant un +nombre de bâtonnets non multiple de $3$ + +\answer +jouer de manière à ce que le nombre total de bâtonnets (sur toutes les +lignes) soit multiple de $3$ + +\end{question} + + +% +% +% + +\begin{question} + +On considère le jeu suivant : on a une (unique) ligne de bâtonnets, et +chaque joueur, quand vient son tour, peut retirer un nombre de +bâtonnets égal à une puissance de $2$ (c'est-à-dire que s'il y a $n$ +bâtonnets avant de jouer, il en laisse $n-2^k$ pour un certain $k$ +entier avec $2^k \leq n$ ; par exemple, s'il y a $17$ bâtonnets, on +peut en laisser $16$, $15$, $13$, $7$ ou $1$). Comme d'habitude, le +jeu se termine quand un joueur ne peut plus jouer (c'est-à-dire quand +il n'y a plus de bâtonnets), et le joueur qui devait jouer a alors +perdu. + +Laquelle des suites suivantes donne la valeur de Grundy de la position +où il y a $n$ bâtonnets (pour $n=0,1,2,3,\ldots$) ? + +\rightanswer +$0, 1, 2, 0, 1, 2, 0, 1, 2, 0, 1, 2\ldots$ + +\answer +$0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11\ldots$ + +\answer +$0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1\ldots$ + +\answer +$0, 1, 1, 2, 1, 2, 2, 3, 1, 2, 2, 3\ldots$ + +\answer +$0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1\ldots$ + +\answer +$0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1\ldots$ + +\end{question} + + +% +% +% + +\begin{question} + +On considère le jeu suivant : l'état du jeu est formé d'un certain +nombre de tas de pierres, chaque tas comportant $\geq 1$ pierre. +Chaque joueur, quand vient son tour, choisit un tas ayant $\geq 2$ +pierres et le scinde en deux tas ayant chacun $\geq 1$ pierres +(autrement dit, il remplace un tas de $n \geq 2$ pierres par deux tas +ayant $n_1$ et $n_2$ pierres, avec $n = n_1 + n_2$ et $n_1\geq 1$ et +$n_2 \geq 1$). En particulier, le nombre total de pierres ne change +jamais. Comme d'habitude, le jeu se termine quand un joueur ne peut +plus jouer (c'est-à-dire quand il n'y a plus que des tas de +$1$ pierre), et le joueur qui devait jouer a alors perdu. + +Quelle formule de récurrence permet de calculer la fonction de Grundy +$f(n) := \gr(H_n)$ de l'état $H_n$ du jeu ayant un unique tas de $n$ +pierres ? + +\rightanswer +$f(1) = 0$ et $f(n) = \mex\{f(k)\oplus f(n-k) : 1\leq k\leq n-1\}$ + +\answer +$f(1) = 0$ et $f(n) = \mex\{f(k) : 1\leq k\leq n-1\}$ + +\answer +$f(1) = 0$ et $f(n) = \mex\{f(k) + f(n-k) : 1\leq k\leq n-1\}$ + +\answer +$f(1) = 0$ et $f(n) = \mex\{f(k_1) \oplus \cdots \oplus f(k_r) : k_1,\ldots,k_r \geq 1 \ \text{et}\ k_1+\cdots+k_r = n\}$ + +\end{question} + + +% +% +% + +\begin{qvar} + +\begin{question} + +Lequel des ordinaux suivants est le plus grand ? + +\rightanswer +$(\omega^{(\omega^{(\omega\cdot 4)})\cdot 2})\cdot 3$ + +\answer +$(\omega^{(\omega^{(\omega\cdot 3)})\cdot 4})\cdot 2$ + +\answer +$(\omega^{(\omega^{(\omega\cdot 2)})\cdot 3})\cdot 4$ + +\end{question} + +\begin{question} + +Lequel des ordinaux suivants est le plus grand ? + +\rightanswer +$(\omega^{(\omega^{(\omega\cdot 2)})\cdot 2})+ 2$ + +\answer +$(\omega^{(\omega^{(\omega\cdot 2)})+ 2})\cdot 2$ + +\answer +$(\omega^{(\omega^{(\omega+ 2)})\cdot 2})\cdot 2$ + +\end{question} + +\end{qvar} + + +% +% +% + +\begin{question} + +Auquel ordinaux suivants est égal $\omega + \omega^2 + +\omega^\omega$ ? + +\rightanswer +$\omega^\omega$ + +\answer +$\omega^\omega + \omega^2 + \omega$ + +\answer +$\omega$ + +\answer +$\omega^{\omega+1}$ + +\answer +$\omega^\omega\cdot 2$ + +\end{question} + + +% +% +% + +\begin{question} + +Auquel ordinaux suivants est égal $\omega \cdot \omega^2 \cdot +\omega^\omega$ (produit de $\omega$, de $\omega^2$ et de +$\omega^\omega$ dans cet ordre) ? + +\rightanswer +$\omega^\omega$ + +\answer +$\omega^{\omega+3}$ + +\answer +$\omega$ + +\answer +$\omega^{\omega+1}$ + +\answer +$\omega^{\omega\cdot 2}$ + +\end{question} + + +% +% +% + +\begin{question} + +Auquel ordinaux suivants est égal $2^{\omega\cdot 2}$ (lire : +$2$ puissance $\omega\cdot 2$) ? + +\rightanswer +$\omega^2$ + +\answer +$\omega$ + +\answer +$\omega^\omega$ + +\answer +$\omega^{\omega^2}$ + +\answer +$\omega^{\omega^\omega}$ + +\end{question} + + +% +% +% + +\begin{question} + +Sachant que $\varepsilon_0 = \omega^{\varepsilon_0}$, auquel ordinaux +suivants est égal $\varepsilon_0^{\varepsilon_0}$ ? + +\rightanswer +$\omega^{\omega^{(\varepsilon_0\cdot 2)}}$ (lire : $\omega$ puissance +[$\omega$ puissance $\varepsilon_0\cdot 2$]) + +\answer +$\omega^{\omega^{(\varepsilon_0^2)}}$ (lire : $\omega$ puissance +[$\omega$ puissance $\varepsilon_0^2$]) + +\answer +$\omega^{(\varepsilon_0\cdot 2)}$ (lire : $\omega$ puissance +$\varepsilon_0\cdot 2$) + +\answer +$\omega^{(\varepsilon_0 + 1)}$ (lire : $\omega$ puissance +$\varepsilon_0 + 1$) + +\end{question} + + +% +% +% + +\begin{question} + +Patience et Raoul jouent au jeu suivant : l'état du jeu est constitué +d'un certain nombre de tas de pierres, les tas étant numérotés +$0,1,2,3\ldots,r$ ; à chaque tour de jeu, Patience retire une pierre +d'un des tas, disons du tas numéroté $k$, puis Raoul rajoute autant de +pierre qu'il le souhaite sur les tas de numéro $<k$ (si Patience a +retié une pierre du tas $0$, Raoul ne joue pas). Patience gagne si +elle finit par retirer toutes les pierres, tandis que Raoul gagne si +cela ne se produit jamais (i.e., si le jeu dure infiniment longtemps). + +On souhaite montrer que Patience gagne forcément, quoi qu'elle fasse +et quoi que fasse Raoul. Quel ordinal proposez-vous d'associer à +l'état du jeu où il y a $n_i$ pierres dans le tas $i$ (i.e., $n_0$ +pierres dans le tas numéroté $0$ et $n_1$ dans le tas numéroté $1$, +etc.), de manière à s'assurer qu'il décroisse forcément ? + +\rightanswer +$\omega^r\, n_r + \omega^{r-1}\, n_{r-1} + \cdots + \omega n_1 + n_0$ + +\answer +$\omega^{n_r}\, r + \omega^{n_{r-1}}\, (r-1) + \cdots + \omega^{n_1}$ + +\answer +$\omega^{n_r} + \omega^{n_{r-1}} + \cdots + \omega^{n_1} + \omega^{n_0}$ + +\answer +$n_0 + \omega\, n_1 + \cdots + \omega^{r-1}\, n_{r-1} + \omega^r\, n_r$ + +\answer +$\omega^{n_1} + \cdots + \omega^{n_{r-1}}\, (r-1) + \omega^{n_r}\, r$ + +\answer +$\omega^{n_0} + \omega^{n_1} + \cdots + \omega^{n_{r-1}} + \omega^{n_r}$ + +\end{question} + + +\end{qcm} +% +% +% +\end{document} |