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數學趣題2-3道

壹家藥店收到運來的某種藥品十瓶。每瓶裝藥丸1000粒。藥劑師懷特先生剛把藥瓶送上架子,壹封電報接踵而來。懷特先生把電報念給藥店經理布萊克小姐聽。

懷特先生:“特急!所有藥瓶須檢查後方能出售。由於失誤,其中有壹瓶藥丸每粒超重10毫克。請即退回分量有誤的那瓶藥。懷特先生很氣惱。

懷特先生:“倒黴極了,我只好從每瓶中取出壹粒來秤壹下。真是胡鬧。

懷特先生剛要動手,布萊克小姐攔住了他。布萊克小姐:“等壹下,沒必要秤十次,只需秤壹次就夠了。這怎麽可能呢?

布萊克小姐的妙主意是從第壹瓶中取出1粒,從第二瓶中取出2粒,第三瓶中取出3粒,以此類推,直至從第十瓶中取出10粒。把這55粒藥丸放在秤上,記下總重量。如果重5510毫克,也就是超過規格10毫克,她當即明白其中只有壹粒是超重的,並且是從第壹瓶中取出的。

如果總重量超過規格20毫克,則其中有2粒超重,並且是從第二瓶中取出的,以此類推進行判斷。所以布萊克小姐只要秤壹次,不是嗎?

六個月後,藥店又收到此種藥品十瓶。壹封加急電報又接踵而至,指出發生了壹個更糟糕的錯誤。

這壹次,對超重藥丸的瓶數無可奉告。懷特先生氣惱極了。懷特先生:“布萊克小姐,怎麽辦?我們上次的方法不中用了。布萊克小姐沒有立即回答,她在思索這個問題。

布萊克小姐:“不錯。但如果把那個方法改變壹下,我們仍然只需秤壹次就能把分量有誤的藥品識別出來。這回布萊克小姐又有什麽好主意?

在第壹個秤藥丸問題中,我們知道只有壹瓶藥丸超重。從每瓶中取出不同數目的藥丸(最簡單的方式就是采用計數序列),我們就可使壹組數字和壹組藥瓶成為壹壹對應的關系。

為了解決第二個問題,我們必須用壹個數字序列把每瓶藥單獨標上某個數字,且此序列中的每壹個子集必須有壹個單獨的和。有沒有這樣的序列?有的,最簡單的就是下列二重序列:1,2,4,8,16,。。。這些數字是2的連續次冪,這壹序列為二進制記數法奠定了基礎。

在這個問題中,解法是把藥瓶排成壹行,從第壹瓶中取出1粒,從第二瓶中取出2粒,從第三瓶中取出4粒,以此類推。取出的藥丸放在秤上秤壹下。假設總重量超重270毫克,由於每粒分量有誤的藥丸超重10毫克,所以我們把270除以10,得到27,即為超重藥丸的粒數。把27化成二進制數:11011。在11011中自右至左,第壹,二,四,五位上的“1”表示其權值分別為1,2,8,16。因此分量有誤的藥瓶是第壹,二,四,五瓶。

在由2的冪組成的集合中,每個正整數是單壹的不同組合中的元素之和。鑒於這壹事實,二進制記數法極為有用。在計算機科學和大量應用數學領域中,二進制記數法是必不可少的。在趣味數學方面,同樣也有難以計數的應用。

這裏有壹個簡單的撲克魔術,可叫妳的朋友莫名其妙。這個戲法也許看上去與藥瓶問題毫無關系,但他們的依據是相同的,都是二進制原理。

請別人把壹副牌洗過,然後放進妳的口袋,再請人說出壹個1至15以內的數字。然後妳把手插進妳的口袋裏,壹伸手就取出壹組牌,其數值相加正好等於他所說的數字。

此秘密簡單的很。在耍魔術之前,預先取出A,2,4,8各壹張放入口袋。這副牌缺少區區四張,不大可能為人察覺。洗過的牌放入口袋後,暗中將其排置於原先已經放在口袋中的四張牌的後面。請別人說出壹個數字,妳用心算將此數表示成2的冪的和。如果是10,那妳就應想到:8+2=10,隨即伸手入袋,取出2和8的牌示眾。

蔔算卡片的依據也是二進制原理,準備六張卡片,分別記為A,B,C,D,E,F。然後將壹些數字填寫在卡片上,確定每張卡片上的數字集合的規則是這樣的:在壹個數的二進制表示中,若右起第壹位是“1”,則此數字就在卡片A上。該卡片上的數字集合自1起始,全部數字就是1至63範圍內所有的奇數;卡片B則包括1至63範圍內的二進制記數法中右起第二位為“1”的全部數字;卡片C包括1至63範圍內的二進制記數法中右起第三位為“1”的全部數字;卡片D,E,F以此類推。註意:63這個數字的二進制記數法是“111111”,每壹位都是“1”,因此每張卡片上都有這個數字。

這六張卡片可以用來確定1至63範圍內的任意壹個數字。請壹位觀眾想好此範圍內的壹個數字(例如某個人的年齡),然後請他把所有上面有此數字的卡片都交給妳。妳隨即說出他心中所想的那個數字。秘訣就是把每張卡片上2的冪的第壹個數字相加。例如,如果把卡片C和F交給妳,妳只要將上面第壹個數字4和32相加,便知道別人心中所想的數字是36。

有時,魔術師為了使得這個戲法顯得更加玄妙,故意把每張卡片塗上各種不同的顏色。他只需記住每種顏色所代表的2的冪。例如,紅卡片代表1,橙卡片代表2,黃卡片代表4,綠卡片代表8,蘭卡片代表16,紫卡片代表32(可依據彩虹的諸色順序)於是,魔術師站在大房間的壹頭,請人想好壹個數字,並且把上面有此數字的卡片置於身旁,他即可根據那人身旁的卡片的顏色隨口說出別人心中所想的數字。

有3個人去投宿,壹晚30元.三個人每人掏了10元湊夠30元交給了老板. 後來老板說今天優惠只要25元就夠了,拿出5元命令服務生退還給他們, 服務生偷偷藏起了2元, 然後,把剩下的3元錢分給了那三個人,每人分到1元.這樣,壹開始每人掏了10元,現在又退回1元,也就是10-1=9,每人只花了9元錢, 3個人每人9元,3 X 9 = 27 元 + 服務生藏起的2元=29元,還有壹元錢去了哪裏?

這是典型的誤導題,三人住店的成本是27元,這27元包括25元住宿費(老板手裏)+2元服務生貪汙的,還有找會的3元,壹***是30元。

小明和小強都是張老師的學生,張老師的生日是M月N日,2人都知道張老師的生日

是下列10組中的壹天,張老師把M值告訴了小明,把N值告訴了小強,張老師問他們知道他的生日是那壹天嗎?

3月4日 3月5日 3月8日

6月4日 6月7日

9月1日 9月5日

12月1日 12月2日 12月8日

小明說:如果我不知道的話,小強肯定也不知道

小強說:本來我也不知道,但是現在我知道了

小明說:哦,那我也知道了

請根據以上對話推斷出張老師的生日是哪壹天

答案是:9月1日。

相關的推理:

1.小明說:“如果我不知道的話,小強肯定也不知道”。

這句話的潛臺詞實際上是:“我應該猜對了,如果我猜錯的話,小強肯定不知道”。但小明還是不確定自己究竟猜對沒,需要小強來印證。M取什麽值能讓小明這麽說呢?顯然6和12不可取,如果M為6或12,N就有可能是2或7——小強憑2或7壹個數字就能得知張老師的生日。則M只可能是3或9,而N只能在1、4、5、8中取值。

如果M是3,N可以取三種值,結果成了“如果小明不知道,小強有可能知道(2-4,3-8),也有可能不知道(3-5)。”,在這種情況下,小明說“如果我不知道的話,小強肯定也不知道”是不符合事實的,小明不足以如此自信的這樣說。

如果M是9,則小明就知道N只能是1或者5。此時,小明的猜測正是N=1,而N究竟是不是1,小明也不確信,如果N不是1而是5,則就出現了小明說的“如果我不知道的話,小強肯定也不知道”。至此,實際上小明已經知道了,結果只有兩種情況,只等小強來確認N是不是5。

2.小強說:“本來我也不知道,但是現在我知道了”。

小強說“本來我也不知道”,驗證了N確實不是2或者7;同時,小強也知道了“M不是6或12,M只剩下3和9可取”。若N是5,則小強應該說“本來我也不知道,現在我還是不知道”。根據第壹節的推斷,N=1,所以小強才能說“本來我也不知道,但是現在我知道了”。

3.小明說:“那我也知道了”

小明就等著小強的壹句話了,不管小強怎麽回答,小明都會知道正確答案。如果小強說“我還是不知道”,那麽小明依然可以知道“只有N=5會讓小強茫然”,因此答案是9月5日;如果小強說“我知道了”,那麽就必然是9月1日。

其實,自始至終,小明都是明白的,他只需要小強說句話驗證他的猜測,對小明而言,是個非A即B的選擇題。因此,按照題目本身的故事發展線索,小明的第三句話是可以不用的,很多人推導的時候卻用上了這個條件——那樣就有點像做數學題了。

壹天,壹個顧客到老張的玩具店,看中了壹只玩具青蛙,零售價格是23元(成本是16元),便拿出壹張100元的鈔票給老張,由於老張沒有零錢找贖,便到街坊處換了100元的零鈔,回來後找了77元給顧客。

後來,街坊說老張的100元是假鈔,老張只好再還回100元給街坊。

老張在這次交易中***損失了多少錢?

93

有12個球,有壹個壞了,或輕或重。現在有壹個天平,怎樣可以只稱三次而找出壞掉的球

將十二個球編號為1-12。

第壹次,先將1-4號放在左邊,5-8號放在右邊。

1.如果右重則壞球在1-8號。

第二次將2-4號拿掉,將6-8號從右邊移到左邊,把9-11號放

在右邊。就是說,把1,6,7,8放在左邊,5,9,10,11放在右邊。

1.如果右重則壞球在沒有被觸動的1,5號。如果是1號,

則它比標準球輕;如果是5號,則它比標準球重。

第三次將1號放在左邊,2號放在右邊。

1.如果右重則1號是壞球且比標準球輕;

2.如果平衡則5號是壞球且比標準球重;

3.這次不可能左重。

2.如果平衡則壞球在被拿掉的2-4號,且比標準球輕。

第三次將2號放在左邊,3號放在右邊。

1.如果右重則2號是壞球且比標準球輕;

2.如果平衡則4號是壞球且比標準球輕;

3.如果左重則3號是壞球且比標準球輕。

3.如果左重則壞球在拿到左邊的6-8號,且比標準球重。

第三次將6號放在左邊,7號放在右邊。

1.如果右重則7號是壞球且比標準球重;

2.如果平衡則8號是壞球且比標準球重;

3.如果左重則6號是壞球且比標準球重。

2.如果天平平衡,則壞球在9-12號。

第二次將1-3號放在左邊,9-11號放在右邊。

1.如果右重則壞球在9-11號且壞球較重。

第三次將9號放在左邊,10號放在右邊。

1.如果右重則10號是壞球且比標準球重;

2.如果平衡則11號是壞球且比標準球重;

3.如果左重則9號是壞球且比標準球重。

2.如果平衡則壞球為12號。

第三次將1號放在左邊,12號放在右邊。

1.如果右重則12號是壞球且比標準球重;

2.這次不可能平衡;

3.如果左重則12號是壞球且比標準球輕。

3.如果左重則壞球在9-11號且壞球較輕。

第三次將9號放在左邊,10號放在右邊。

1.如果右重則9號是壞球且比標準球輕;

2.如果平衡則11號是壞球且比標準球輕;

3.如果左重則10號是壞球且比標準球輕。

3.如果左重則壞球在1-8號。

第二次將2-4號拿掉,將6-8號從右邊移到左邊,把9-11號放

在右邊。就是說,把1,6,7,8放在左邊,5,9,10,11放在右邊。

1.如果右重則壞球在拿到左邊的6-8號,且比標準球輕。

第三次將6號放在左邊,7號放在右邊。

1.如果右重則6號是壞球且比標準球輕;

2.如果平衡則8號是壞球且比標準球輕;

3.如果左重則7號是壞球且比標準球輕。

2.如果平衡則壞球在被拿掉的2-4號,且比標準球重。

第三次將2號放在左邊,3號放在右邊。

1.如果右重則3號是壞球且比標準球重;

2.如果平衡則4號是壞球且比標準球重;

3.如果左重則2號是壞球且比標準球重。

3.如果左重則壞球在沒有被觸動的1,5號。如果是1號,

則它比標準球重;如果是5號,則它比標準球輕。

第三次將1號放在左邊,2號放在右邊。

1.這次不可能右重。

2.如果平衡則5號是壞球且比標準球輕;

3.如果左重則1號是壞球且比標準球重;

夠麻煩的吧。其實裏面有許多情況是對稱的,比如第壹次稱時的右重和右輕,只需考慮壹種就可以了,另壹種完全可以比照執行。我把整個過程寫下來,只是想嚇唬嚇唬大家。

稍微試壹下,就可以知道只稱兩次是不可能保證找到壞球的。如果給的是十三個球,以上的解法也基本有效,只是要有個小小的改動,就是在這種情況下,在第壹第二次都平衡的時候,第三次還是有可能平衡(就是上面的第2.2.2步),那麽我們可以肯定壞球是13號球,可是我們沒法知道它到底是比標準球輕,還是比標準球重。如果給的是十四個球,我們會發現無論如何也不可能只稱三次,就保證找出壞球。

壹個自然而然的問題就是:對於給定的自然數N,我們怎麽來解有N個球的稱球問題?

在下面的討論中,給定任壹自然數N,我們要解決以下問題:

⑴找出N球稱球問題所需的最小次數,並證明以上所給的最小次數的確是最小的;

⑵給出最小次數稱球的具體方法;

⑶如果只要求找出壞球而不要求知道壞球的輕重,對N球稱球問題解決以上兩個問題;

還有壹個我們並不是那麽感興趣,但是作為副產品的問題是:

⑷如果除了所給的N個球外,另外還給壹標準球,解決以上三個問題。

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