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第6章 古老的问题答案

太极图的问题

AB两点之间的曲线可以将太极图分成大小一样的四部分。

洛依德谜题

右面的这幅图就是17世纪波斯人画的“四马图”。你能找出这四匹马吗?如果你能找到图中的四匹马,那么本题的答案也就很容易想到了。

羊、狼和白菜

由于山羊怕狼,羊会吃菜,所以先由山羊开始解决,问题就简单了。步骤如下:

1.先带山羊到对岸,只有农夫回来;

2.再把狼带到对岸,把山羊带回来;

3.把菜带到对岸,农夫回来;

4.最后把山羊带到对岸。

这道题非常有名,由此衍生的趣题也很多。而且这种“渡河问题”出现的人物越多,玩法就越复杂,难度也就越大。

在这里,我们再出一道题作为对此题的扩展,思路是一样的,不过方法可能就要复杂许多。我们不给出答案,答案就靠你自己去思考了。

有四个小伙子各自带着自己的未婚妻去郊游。半路上他们遇到一条河。在岸边他们找到一条小船,但是这条船只能装两个人。河中间有一个小岛。这四个小伙子都很爱吃醋,如果自己不在未婚妻的身边,让自己的未婚妻单独同另外一个小伙子(或几个小伙子)在一起,哪怕只待一会儿,他们都不同意。

请找出最好的办法,尽快使这四对恋人过河。假设这条河有200米宽,小岛在河道的中间,岛上可容纳所有的人。那么,根据现有的条件,用小船运多少次可以把四对恋人渡过河?

幻方

图1是幻方的一种答案。

怎样填出这个3×3方阵呢?杨辉对此有四句话:“九子斜排,上下对易,左右相更,四维挺出。”

事实上,你只要这样想:l+2+3+…+9=45,45÷3=15,即每行、每列、每条对角线3个数的和一定是15。由1+9=10,2+8=10,3+7=10,4+6=10,还剩一个5。因此可以把5放在中间,然后逐次填出其他位置上的数就可以了。

是反幻方的一种答案。

无论是幻方还是反幻方都还有其他的填写方法,5是否居中是决定幻方与反幻方的一个关键点。

写给太空人的信

据说,四阶幻方的填法共有880种之多,这里给出的是其中两个答案。

残忍的古罗马皇帝

数学家们一直试图找出这个问题的求解公式,但却被困扰了几个世纪。而目前的解决办法也只有尝试法了。在36个人中,应该把这6个人分别放在4、10、15、20、26和30的位置上。

这个世界纷繁复杂,远远超出我们的想象,不是所有的问题全都有一个明显的答案。在人们试图找到某个事件背后的规律而屡受挫折时,不要忘了,不断地尝试也是一种重要的方法。

鸡兔同笼

(一)

鸡两脚,兔四脚,若36只全是鸡,则少了14双脚。当一只兔子被当做鸡算时就少了一对,所以兔子应是14只,鸡应是36-14=22只。

答案是:22只鸡,14只兔。

(二)

因为鸡兔只数相等,则把鸡和兔编成组,使每组各有一只鸡和一只兔。这样,每一组共6只脚,一共90只脚,应有90÷6=15组。所以,分别有15只鸡和15只兔。

答案是:15只鸡,15只兔。

四巧板

四巧板难以拼成“T”字形的原因是心理上的错觉造成的。

一般人看东西,心理上都有一种先入为主的错觉。就是说,人们第一眼看到的东西,往往根深蒂固,印象特别深,有时达到难以改变的地步。

这四块板中,人们首先注意到的总是那块最大的五边形,而且往往认定这块板在拼图时,不是平放就是直放,决不会想到斜放。但情况却恰恰相反,不斜放就拼不出T字来。心理学家正是利用这一点来测验人们的错觉的。所以这个游戏对克服错觉、发展思维能力有一定的帮助。

消失的七巧板

基督徒与异教徒

做这个游戏时可以用扑克牌玩,用15张红牌、15张黑牌即可。题目要求将扑克牌排成一个圆圈,然后一圈一圈地反复点数。每当数到第13张牌时就将它抽出来,要求被抽出的全都是黑牌,直到一共抽出15张牌为止。现在把剩下的牌统统换成红牌,而将中间的空白位置填上黑牌——问题即告解决!

毛拉德巴斯的故事

我们设苹果的总数为x个,那么,给了第一个守门人■个;第二个守门人■个;第三个守门人■个;最后一个守门人■个,剩下的也是■个。而■=10,故x=160。

这个女人共摘了160个苹果。

也可以反过来考虑,即从第四个守门人开始考虑,也是十分有趣的。

即:x={(20×2)×2}×2=160

割草

这个题目若用一般算术方法来解,则需要有一定的技巧。

设共x人,则割完两片地需x+1个工作日时,其中大片草地需■(x+1)个工作日时,实际上全体割草人在大片地上割了半天,用■x个工作日,一半人又在大片地割半天,用■x个工作日,故可列方程:■(x+1)=■x+■x

解得x=8。

但有趣的是,这个题目如果利用图形来解,就会清楚得多、简明得多。托尔斯泰画了一张草图,他解释道:

“由于大的一片草地需要全组割草人割半天以后,再由一半割草人割半天,那么很显然,一半割草人半天时间可割这块地的■。因此小片地上留下的没割的一块是大片地的■-■=■。

这样,一个割草人每天能割大片草地的■。而当天割草一共割了大片地的1+■=■倍,所以割草人共8名。”

相对于上面烦琐的计算,这种图解法也许是更简单的解法。

两鼠穿垣

本题实际上是行程问题中的相遇问题。我们把尺化成寸来计算,即墙厚50寸。那么两鼠每天的进度如下:

可知两天两鼠共打进45寸,再打5寸即可相遇。而打5寸不需要第三天的一整天,只需要:

5÷(10×2×2+10÷2÷2)=■

于是可得,两鼠需要2+■=2■(日)。

相遇时,大鼠打进了10+10×2+10×2×2×■=34■(寸)。

小鼠打进了10+10÷2+10÷2÷2×■=15■(寸)。

物不知数

本题解法较多,下面介绍两种方法。

第一种方法:先寻找“用3除余2”的自然数,有:5,8,11,14,17,20,23,26,…,128,…

再寻找“用5除余3”的自然数,有:8,13,18,23,28,…,128,…

再寻找“用7除余2”的自然数,有:9,16,23,30,37,…,128,…

于是发现,符合题意的自然数有:23,128,…

其中最小的一个是23,就是本题的答案。

第二种方法:由条件可知,这个数除以3和7都余2,就有23-2=21,21能被3和7整除。

而23被5除,余数正好是3。所以所求的最小自然数是23。

我国古代对解这类问题编了这样的歌诀:

三人同行七十稀,

五树梅花廿一枝,

七子团圆正月半,

除百零五便得知。

意思是:一个自然数除以3得到的余数乘以70,除以5得到的余数乘以21,除以7得到的余数乘以15,积相加。如果和大于105,连续减105,直到小于105为止。这样得到的最小自然数,就是所求的结果。

爱因斯坦对剩余定理也很感兴趣,曾研究并计算过如下的一道题:一条长长的楼梯,若每次跨两阶,最后剩1阶;每次跨3阶,最后剩两阶;每次跨4阶,最后剩3阶;每次跨5阶,最后剩4阶;每次跨6阶,最后剩5阶;每次跨7阶,恰好到梯顶。问这条楼梯最少是多少阶?

当你解答出前面的“物不知数”这道题后,解答本题就没有什么困难了。

李白买酒

由题意可知,李白是先遇店,后见花的,且第三次见花前,壶内只有一斗酒,那么,遇店前壶内应有半斗酒(■斗酒)。依次类推,第二次见花前壶内有酒(■+1)斗,第二次遇店前壶内有酒(■+1)÷2=■(斗);第一次见花前壶内有酒(■+1)斗,第一次遇店前壶内有酒(■+1)÷2=■(斗)。即原来壶中有酒■斗。

这实际上是一个还原问题,如果我们从最后的0开始,逐步向前推,见减做加,见乘做除,并注意添上括号,就可列出如下算式,算出结果。

{[(0+1)÷2+1]÷2+1}÷2=■(斗)。

诸葛摆棋

走五星棋有个秘诀,这个秘诀叫尾追法,就是把头一次作为起点的交点,当做下一次的终点。依此类推,就可以成功。下面的是每一步的走法。空心圆圈代表起点,实心点代表终点。

第一步,以4为起点,下第1颗棋子到7;

第二步,以1为起点,下第2颗棋子到4;

……

按照这种方法走,到第九步就以10为起点在3上下完最后1颗棋子。最后第10号交点空着,棋就下成了。如果不按这个规律去玩,恐怕难以成功。

骰子路线

转动路线如下:

米勒智断项链

米勒将项链的第7、11环切开,这样,23环项链断成5段,分别为1环、1环、3环、6环、12环。

米勒第一天付1环;第二天再付1环;第三天付3环的1段,找回两个1环;第四、五天各再付1环;第六天付6环的1段,找回3环一段和两个1环的;第七、八天再各付1环;第九天再付3环的1段,找回两个1环;第十、十一天各付1环;第十二天付出12环的一段,找回以前共11个环;第十三天开始,仍按以上方法逐天支付,到第二十三天正好付出23个环。

钻石窃贼

由贵妇人的点数方式我们可以看出,每一次点数都要从上端开始,因此,首饰匠只要在水平一排的两端各偷走一颗钻石,再把底下的一颗钻石移到顶上,即可使其奸计得逞,骗过愚蠢的贵夫人。

井底之蜗

是3■天。有人以为“白天升七尺,夜里降二尺”,一昼夜实际上升5尺,从20÷5=4,应该得到四天四夜爬上来20尺的结果,怎么三天多些就出来了呢?他忽略了一个细节。昼升7尺、夜降2尺,要在白天没有爬到顶的情况下,夜里才有机会往下掉。蜗牛三天三夜实际上升15尺,第四天清晨离井口只剩5尺,天黑以前就能爬出井来,再也不会沿着井的内壁往下掉了。

才女分果

旁边一位复姓司徒的说,这是盈不足算法,极其容易。用8个和7个相减,差是1个,作为除数;用多出来的1个和不足的16个相加,共17个,作为被除数。在这笔账里,除数是1,不需除,17就是人数。用17乘7个,得119个,加上多余的1个,是120个。答案是17个人,分120个果。熙春听后,对司徒大为钦佩,说:“向来算法有筹算、笔算、珠算,今姐姐一概不用,即用嘴算,又简便,又不错。”

以上这道题属于盈亏问题。熙春的两段话都是直录小说原文的。司徒的一段口算,小说里是用中国古代算法术语讲的,这里已经翻译成现代术语转述,如果列出算式就是:(1+16)÷(8-7)=17(人),17×7+1=120(个)。

盐船

因为大船和小船的只数相同,可将1只大船和1只小船配成1组,只需求出有多少组船。

从每4只小船装300袋盐,可以得到1只小船装的盐是300÷4=75(袋)。

因而3只小船装的盐是75×3=225(袋)。

又知道3只大船装500袋盐,所以3只小船和3只大船共计装盐225+500=725(袋)。

就是说,每3组船装725袋盐。总共有4350袋盐,所需船的组数是4350÷725×3=18。

所以共有18只小船和18只大船。

数字对联

(2×8×6+7-5)÷49+1=3。

泊松的启蒙

(1)将8公升酒倒入小容器,倒满后,把小容器的酒全部倒入5公升的容器中。

(2)再倒满小容器,将小容器的酒再向5公升容器倒,使它装满酒,此时小容器内只剩1公升酒。

(3)将5公升容器中的酒全部倒回盛8公升的酒瓶中,接着把小容器中的1公升酒倒入这时的空容器中。

(4)再把酒瓶中的酒倒满小容器,酒瓶中剩下的酒正好是8公升的一半。

丢番图的生平

根据这段墓志铭可以列出方程:

(1)设丢番图活了x岁,那么■x+■x+■x+5+■x+4=x

解此方程,得出x=84。即丢番图活了84岁,并且可以算出他33岁才结婚,38岁才得子。

河上荡杯

此题《孙子算经》中的解法是这样记载的:“置六十五只杯,以一十二乘之,得七百八十,以一十三除之,即得。”可见《孙子算经》的作者就是用求方程解的方法解这道题的。

牛顿的牛

这片草地天天以同样的速度生长是分析问题的重点。把10头牛22天吃的总量与16头牛10天吃的总量相比较,得到的10×22-16×10=60,是60头牛一天吃的草量,平均分到(22-10)天里,便知是5头牛一天吃的草,也就是每天新长出的草。求出了这个条件,把25头牛分成两部分来研究——用5头吃掉新长出的草,用20头吃掉原有的草,即可求出25头牛吃的天数。

新长出的草供几头牛吃1天:

(10×22-16×10)÷(22-10)=(220-160)÷12=60÷12=5(头)

这片草供25头牛吃的天数:

(10-5)×22÷(25-5)=5×22÷20=55(天)。

俄罗斯木匠

手稿中的解法是这样的:在12年内,第一个木匠可造12所房屋,第二个木匠可造6所,第三个木匠可造4所,第四个木匠可造3所,因而四个木匠在12年时间内共可造房屋25所。所以他们合作造一所房屋所需的时间是

365×■=175■(天)

在上面的解法里,巧妙地利用了最小公倍数:取四个木匠造一所房屋所需时间的最小公倍数12年,在12年时间里各人所造的房屋数量都是整数,计算起来就方便了。

独眼铜像

根据题意,铜像手中的水管单独开放,3天注满水池,所以1天可注入水池的■。

铜像眼中的水管单独开放,1天刚好注满1水池;口中的水管开放,1天可以注满■水池。

由此可见,三管齐放,1天流出的水量是这个水池容量的■+1+■=■。

所以注满水池所需的时间是■=■(天)。

老鼠的难题

总数是19607。

房子有7间,猫有72=49只,鼠有73=343只,麦穗有74=2401个,麦粒有75=16807合。全部加起来是7+72+73+74+75=19607。

可以说这是世界上最古老的数学趣题了。大约在公元前1800年,埃及的一个僧侣名叫阿默士,他在纸草书上写有如下字样:

家猫鼠麦量器

749343240116807

但他没有说明是什么意思。

两千多年后,意大利的裴波那契在《算盘书》(1202年)中写了这样一个问题:“7个老妇同赴罗马,每人有7匹骡,每匹骡驮7个袋,每个袋盛7个面包,每个面包带有7把小刀,每把小刀放在7个鞘之中,问各有多少?”受到这个问题的启发,德国著名的数学史家M康托尔明白阿默士的题意和这个题所问的是相同的。

银河旅馆

他说:“只要把每个房间里的客人移到原来号码两倍的房间中去就行了。”

好了!这样每个房间里的人都住到双号客房中了,余下的所有单号房间有无穷多个,把它们空出来给那些推销员住。

这其实是数学上著名的“希尔伯特旅馆”——它被认为是一个有着无数房间的旅馆。这个故事是伟大的数学家大卫?希尔伯特讲述的,他借此引出了数学上非常重要的“无穷大”的概念:每一整数都有一个后继者直至无穷,所以在希尔伯特旅馆的每间房子后面都会有下一间……

翻碗的魔术

4个碗要翻4次,3个碗是不可能做到的。

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