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第25章 数列(5)

我们分析一下三种煤的销售情况,好煤沫加工成的煤,煤质好,大家都愿意买这种煤,混合煤沫加工后的煤,因为好煤沫多一些,煤质就不如那两种煤了,火苗又小烧得时间又短,大家都不愿意买这种煤,如果厂家大量加工第三种煤,就卖不出去了。而另外两种煤,混合煤的利润高一些,且也很受大家欢迎,所以煤厂就大批加工这种煤。

按揭货款中的数列问题

随着中央推行积极的财政政策,购置房地产按揭货款(公积金贷款)制度的推出,极大地刺激了人们的消费欲望,扩大了内需,有效地拉动了经济增长。

众所周知,按揭货款(公积金贷款)中都实行按月等额还本付息。这个等额数是如何得来的,此外若干月后,还应归还银行多少本金,这些人们往往很难做到心中有数。下面就来寻求这一问题的解决办法。

若贷款数额a0元,贷款月利率为p,还款方式每月等额还本付息a元。设第n月还款后的本金为an,那么有:

a1=a0(1+p)—a,

a2=a1(1+p)—a,

a3=a2(1+p)—a,

……

an+1=an(1+p)—a,……(*)

将(*)变形,得(an+1—a/p)/(an—a/p)=1+p

由此可见,{an—a/p}是一个以a1—a/p为首项,1+p为公比的等比数列。日常生活中一切有关按揭货款的问题,均可根据此式计算。

商品调价中的数学问题

若将某商品先涨价10%后再降价10%,所得的价格与原先的价格相比有无变化?不少人会不假思索脱口而出:那还用问吗?肯定不变。果真如此吗?

比如设这种商品原价为100元,则涨价10%后价格为100+10=110元,再降价10%就是110—11=99元,可见比原先的价格便宜了。所以很多事情不能想当然贸然下结论,还是动笔算一算为好,才能做到心中有“数”。

请研究下例:

某商品拟作两次调价,设p>q>0,有下列六种方案供选择:

(A)选涨价p%,再降价q%;

(B)选涨价q%,再降价p%;

(C)选涨价%,再降价p+q2%;

(D)选涨价pq%,再降价pq%;

(E)选涨价p+q2%,再降价pq%;

(F)选涨价pq%,再降价p+q2%。

若规定两次调价后该商品的价格最高的方案称为好方案,请判断其中哪一个是好方案?

分析:设某商品原价为1,采用方案(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)调价后的商品价格分别为a,b,c,d,e,f,则

a=(1+p%)(1—q%)=1+p—q100—pq1002,

b=(1+q%)(1—p%)=1+q—p100—pq1002,

c=(1+p+q2%)(1—p+q2%)=1+(p+q)24·1002

d=(1+pq%)(1—pq%)=1+pq1002,

e=(1+p+q2%)(1—pq%)=1+p+q200—pq100—(p+q)pq2·1002,

f=(1+pq%)(1—p+q2%)=1+p+q2%)=1+pq100—p+q200—(p+q)pq2·1002

∴p>q,

∴a—b=p—q100—q—p100=2(p—q)100>0,

a—c=p—q100—pq1002+(p+q)24·1002

=p—q100+(p+q)2—4pq4·1002

=p—q100+(p—q)24·1002>0,

a—d=p—q100>0,

a—e=p—q100—pq1002—p+q200+pq100+(p+q)·pq2·1002

=p—3q+2pq200+pq(p+q—2pq)2·1002

=(p—q)+2q(p—q)200+pq(p—q)200+pq(p—q)22·1002>0,

a—f=p—q100—pq1002—pq100+p+q200+2pq(p+q)2·1002

=3p—q—2pq200+pq(p+q)—2pq2·1002

=(p—q)+2p(p—q)200+pq(p—q)22·1002>0.

∴a>b,a<c,a>d,a>e,a>f。

所以,方案(A)是好方案。

e和银行业

e跟我们日常的事情有什么关系呢?事实上它在我们日常生活中,跟任何一个特定的整数一样,尽管人们并不总能察觉到它的出现。只有人知道e是一个实际的数,如果问大家,可能多数人会说e是英语字母表里的第5个字母。大家知道它是一个奇怪的数,这是我们通过数学课了解到的。只有少数人知道它是一个无理数和一个超越数。

在今天的银行业里,e是对银行家最有帮助的一个数。人们可能会问,像e这样的数是怎样又以何种方式与银行业发生关系呢?要知道后者是专门跟“元”和“分”打交道的!

假如没有e的发现,银行家要计算今天的利息就要花费极其大量的时间,无论是逐日逐日地算复利,还是持续地算复利都无法避免。有幸的是,e的出现助了一臂之力。

e的定义是作为数列an=(1+1n)n的极限。我们通常写为e=limn→∞(1+1n)n。在利息计算中怎样借助于这个公式呢?实际的计算公式是:本利和A,A=P(1+rn)nt。

这里P本金,r=年利率,n=一年之内计算利息的次数,t=存钱的年数。

上述公式可以变形为对于e的公式。当人们投资1美元年利率为100%时,一年的本利和可达e美元。开头可能会有人以为总计会是一个天文数字,但看了下面的估计后就会知道它接近于e的值。

(1+1n)n∶n=1n=2n=3n=100n=1000

(1+11)1(1+12)2(1+13)3(1+1100)100(1+11000)100

22.252.370…2.704813…2.716923…

于是,我们看到:如果我们投资1美元,年利率为100%,那么收益决不会超过2.72美元。事实上e的小数点后头22位数是e=2.7182818284590452353602。

下一个问题是怎样对A=P(1+rn)m进行工作。最好先通过尝试来确定看。比如说我们从1000美元开始以年利8%存入银行,让我们看看当按一年期计算,然后按每半年期计算,再按每三个月期计算复利时会出现什么。

一年期

1000(1+8%)1(1)

=1000+80(利息)

=1080

每半年期

1000(1+8%2)2(1)

=1000(1+0.04)2

=1000(1+0.04)(1+0.04)

P1(半年后的本金)

=P1(1+0.04)

=P1+P1(0.04)

(下半年本金)(下半年利息)

每三个月期

1000(1+8%4)4(1)

=1000(1+0.02)4

=1000(1+0.02)(1+0.02)

(1+0.02)(1+0.02)

P1(1+0.02)(1+0.02)(1+0.02)

P2(1+0.02)(1+0.02)

P3(1+0.02)

P4

如果逐日计算复利,可用公式1000(1+8%365)365。这个公式如果用手算则要花好多时间,但今天用电子计算器和专门的计算机顷刻间便能得出结果。

关于世界末日的传说

有这样一段关于“世界末日”的传说。

在印度北部的一个佛教的圣庙里,桌上的黄铜板上,放着三根宝石针,每根长约0.5米。据说印度教的主神梵天在创造世界时,在其中的一根针上,自上而下由大到小放了64片金片。每天24小时内,都有僧侣值班,按照以下的规律,不停地把这些金片在三根宝石针上移来移去:每次只准移动一片,且不论在哪根针上,较小的金片只能放在较大的金片上。当所有64片金片都从梵天创造世界时所放的那根针上移到另一根针上时,世界的末日就要到来。

这虽是一个传说,但却引起人们的重视,大家都想知道僧侣移动完毕这64片金片需要多少时间。也就是说,人类在这个世界上还可以生存多少时间。让我们来算算看。

设原来放置金片的宝石针为甲,其他两根针为乙、丙。

1.设金片只有一片。显然,只要移动1次即可。

2.设金片只有二片。可先将较小金片移至乙针上,较大金片移至丙针上,再将较小金片从乙针移至丙针上,共移动3次。

3.设金片有三片。可先将上面两片金片移到乙上。按2可知,共需移动3次。再把第三片移至丙,又移一次。下面把乙上两片移至丙同2,还需三次。以上共需:2×3+1=7(次)。

4.设金片有四片。先把上面三片移至乙,按3需7次。再把第四片从甲移到丙上,又移一次。最后,把较小的三片从乙移至丙,又需移7次。以上共需移动:2×7+1=15(次)。

依此递推下去。设有k片金片,先将k—1片移至乙,需移动Sk—1次。然后再把第k片移至丙,又移一次。最后把k—1片从丙移至乙,又需Sk—1次。以上共需移动:

(2·Sk—1+1)次。

这样,我们可以得到如下的递推式:

Sk=2·Sk—1+1。

根据这个递推公式,分别令k=1,2,3,……64,得:

S1=1=21—1;

S2=2S1+1=2(21—1)+1=22—1;

S3=2S2+1=2(22—1)+1=23—1;

S4=2S3+1=2(23—1)+1=24—1……

S64=264—1=18446744073709551615。

如果僧侣移动金片一次需要1秒钟,移动这么多次共需约5845亿年。把这个寓言和现代科学推测对比一下倒是有意思的。按照现代的宇宙进化论,恒星、太阳、行星(包括地球)是在三十亿年前由不定形物质形成的。我们还知道,给恒星特别是给太阳提供能量的“原子燃料”还能维持100—150亿年。因此,我们太阳系的整个寿命无疑要短于二百亿年。可见,远不等僧侣们完成任务,地球早已毁灭了。

页码与铅字

问一本书的页码在印刷排版时要用1392个铅字,这本书有多少页?在这些页码中,铅字“1”共出现多少次?

这是经常见到的问题,但要迅速、正确地做出回答,各人情况很不一样——也许一位细心、善于思考的学生能令人满意,而粗心、思维紊乱的学生可能使人失望。

不信,请先自己试试看。它的正确答案是:本书共有500页,其中铅字“1”共出现200次。

不妨先用手边的一本书,一页一页地数下去,边数边想,你就会发现:

最初的9页(1~9页)共用铅字9个;

紧接的90页(10~99页)共用铅字90×2=180(个)。

余下的若干页,设为x页(x为三位数),用铅字3x(个),

得方程

9+180+3x=1392。

解得x=401。

故本书共有9+90+401=500(页)。

注意解题的关键是采用了分类思想——将本书的页码分为三类:

(1)页码为一位数(1~9页);

(2)页码为两位数(10~99页);

(3)页码为三位数(100~500页)。

在这500页的页码中,铅字“1”共出现多少次?——为了正确、迅速地回答本问,仍要采用分类思想:铅字“1”在页码的个位数出现的次数;铅字“1”在页码的十位数出现的次数;铅字“1”在页码的百位数出现的次数。

(1)铅字“1”在页码的个位数出现的状况为

00[1]~49[1]

这说明铅字“1”在页码的个位数出现50次。

(2)铅字“1”在页码的十位数出现的状况为

0[1]0~4[1]9

这说明铅字“1”在页码的十位数出现50次。

(3)铅字“1”在页码的百位数出现的状况为

[1]00一[1]99

这说明铅字“1”在页码的百位数出现100次。

故铅字“1”共出现50+50+100=200(次)。

天书的秘密

在神秘的王国里有一个图书馆,其中有一本书是国王特别珍爱的,有一天他对自己的大臣说起来。

“把这本书随便翻到哪一页,告诉我那里写着什么数!”国王吩咐说。顺从的大臣说出了数4783。

“现在,随你翻多少页,告诉我你翻到的那一页上写着什么数!”执行了这个命令后,大臣说出了数1955。

“现在,随你取两个四位数!”国王继续说。大臣选了2079和7081。

“请你从第一个得到的数(即4783)开始,到第二个(即1955)为止,按照书上的次序,大声地读出2079和7081之间的所有的数。”

顺从的大臣也完成了这个不容易的任务,他必须念完2000个左右的数,从中去掉大约1000个。

然后,国王叫大臣检查一下,剩下来的数所形成的数列相邻项之差等于什么,结果,这些差仅仅只取三个不同的值!

大家能不能以一个不大的模型(国王的书里有一万个数)为例,说明这本魔书的秘密在哪里?

其实国王的魔书是以下述原则为基础的。

考虑10000对数(n,nz—【nz】),其中,z=(5—1)/2是(与“黄金分割”联系在一起的)“黄金数”,凡是从1到10000的自然数列,符号【x】是数x的整数部分,即不超过x的最大整数。把这些数偶这样地分布,使它们的第二个数nz—【nz】形成增列,然后,按照这种次序写出每个数偶对应的第一项n,所得的表叫铁数表。

例如,我们对n=10,即对自然数1到10作铁数表。

因5≈2.236,则z=(5—1)/2≈0.618,对这10个数有

nnz—【nz】nnz—【nz】

10.61860.708

20.23670.326

30.85480.944

40.47290.562

50.090100.180

nz—【nz】这一列中最小的数是0.090,因而,对头十个自然数构造的铁数表,它的第一个位置应该放5,然后是10,2,7,4,9,1,6,3,8。

这样一来,自然数列从1到10这一段的铁数表是

5,10,2,7,4,9,1,6,3,8

类似地,对自然数列随便多长的一段可以构造铁数表。

任何一张铁数表,不管用哪些数构造它,都有下列性质:相邻两数之差至多取三个值。

例如,上面这张表里,相邻两数之差是

5,—8,5,—3,5,—8,5,—3,5

它只取5,—8,—3这三个值。

当从铁数表里去掉所有比任意指定的某个数大的数,或者去掉所有比任意指定的某个数小的数,或者去掉任意两个数之间的数时,铁数表的这种性质仍然保持,例如,在上面所举出的表里去掉比3小的所有的数,便得到:

5,10,7,4,9,6,3,8。

它的相邻项之差仍然只有两个:

5,—3,—3,5,—3,—3,5。

国王珍视的魔书,就是建立在铁数表的这种性质上的。

最古老的数学趣题

在七间房子里,每间房子里都养着七只猫;在这七只猫中,不论哪只,都能捕到七只老鼠;而这七只老鼠,每只都要吃掉七个麦穗;如果每个麦穗都能剥下七颗麦粒,请问:房子、猫、老鼠、麦穗、麦粒,都加在一起总共该有多少数?

答案:

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.

(顺便提一下,在这里不必考虑为什么把不同种类的东西加起来这个问题)。

史话

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·康托尔认明阿默士的题意和这个题所问是相同的。

这类问题,在19世纪初又以歌谣体出现在算术书中:

“我赴圣地爱弗西,

途遇妇女数有七,

一人七袋手中提,

一袋七猫数整齐,

一猫七子紧相依,

妇与布袋猫与子,

几何同时赴圣地?”

数学谜语(三)

一、打数学名词

1.剃头;

2.负荆请罪;

3.扳手腕;

4.大同小异;

5.用手算;

6.从最后一个数起;

7.批评得当;

8.不足为奇;

9.左顾右盼;

10.再见了妈妈;

11.诊断之后;

12.追本溯源;

13.长相一般;

14.问君知多少;

15.风止柳练静;

16.寻找单据;

17.并驾齐驱;

18.剩下十分钱;

19.两角钱;

20.三十分。

二、打数学家的名字

21.爷爷打先锋。

谜底

1.除法;

2.求和;

3.比例;

4.近似;

5.指数;

6.倒数;

7.有理数;

8.偶数;

9.移项;

10.分母;

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