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第20章 数学与生活(4)

又如,甲、乙、丙三队进行足球循环赛,胜一场得2分,负一场得0分,平一场各得1分,各队积分不同时,按积分多少决定名次;当两队积分相同时,按每队净胜球多少决定名次先后;若净胜球数又一样,再计算每队进球数的多少决定名次先后;若进球数又一样,最后由抽签决定名次先后。

现在三场比赛的结果是,甲比乙为6∶2,乙比丙为3∶2,丙比甲为5∶3。三队各胜一场,积分都是2分,为决定名次要算净胜球数。甲净胜球数为4-2=2,乙净胜球数为1-4=-3,丙净胜球数为2-1=1。因此甲队第一,丙队第二,乙队第三。

上面三场比赛的结果中,若甲比乙为3∶1,积分仍然都是2分,净胜球数却发生变化。甲净胜球数为2-2=0,乙净胜球数为1-2=-1,丙净胜球数为2-1=1。结果丙队第一,甲队第二,乙队第三。

虽然数学中6∶2=3∶1,但这里两种结果却不相同,因此这种比分是不能用数学方法约简的。

在商业销售中常可听到折扣的概念,这也是一种分母为10或100的分数。

例如,到了冬天,某商店夏天购进的电扇还没卖完,为了加快资金流转,商店贴出海报:“本店换季商品大减价,电风扇一律八折出售。”那么原来卖150元的,现在就只卖150×810=120元。

如果写的是按七五折出售,那就是按原价的75%出售。

有的商店宣布实行十点利销售,意思是薄利多销,售出的每一件商品所获利润不超过商品进价(商店买进商品的价格)的10%。例如一种商品采购进店花了100元,那么卖给顾客的价格是100×(1+10%)=110元。

从田忌赛马说起

在我国古代春秋战国时期,齐国国王与大将田忌赛马,看谁的马跑得快。田忌答应后,双方约定各自出上、中、下三个不同等级的马各一匹,每次比赛各出一匹马,一共比三次,输者要付给胜者千金。

可是田忌的各个等级的马,都比齐王同一等级的马差些,所以田忌每次从三种马中各出一匹参加比赛总是输。

我们从下面表中看出,齐王先出上马,接着出中马,最后出下马。在这种条件下,田忌的出马次序有6种:

齐王田忌:

上上上中中下下

中中下上下上中

下下中下上中上

比赛结果负负负负胜负

要是田忌每次随便安排一个出马次序,他获胜的可能性是16,负的可能性是56。

田忌的宾客孙膑发现齐王每次都按上、中、下的顺序出马,便建议田忌按下、上、中的顺序出马。结果获胜的可能性变成了100%。当然,要是双方不暴露出马的顺序,田忌取胜的可能,大致不过是16罢了。

乒乓球团体赛,比田忌赛马问题复杂得多。每队出三个人,谁拿下五盘谁就取胜。要是双方实力相当,怎样安排队员和出场次序,是领队和教练的大难题。首先,对方并不像齐王那样呆,预先把自己的出场队员和次序暴露出来,所以双方对阵的可能组合方案很多,并且也都在捉摸着怎样对付对方。其次,乒乓球员不是马,竞技状态起伏较大,而且因球路、风格的不同,往往有甲克乙、乙克丙、丙克甲的局面。第三,双方都可能有互不摸底的队员出场,这就增加了安排出场顺序的复杂性。

1944年,美籍数学家冯·诺伊曼和摩根斯特发表了《博弈论和经济行为》一书,把打牌、下棋等的格局研究,发展成为处理竞争性行为的数学方法。他们的成就,鼓舞数学家们努力探索这一方法,去处理种种复杂的问题。

除正当的“竞争”之外,也有一些不正当的“竞争”。

在城镇乡村的大路旁边,有时可见到各种碰运气、赌输赢的小摊。其中的一种,叫做转糖摊。

转糖摊是一个固定不动的圆盘,盘上画了偶数个扇形格子,按次序编了号;圆盘中心伸出一根可以转动的轴,轴的上端向外垂直伸出一根悬臂,悬臂端吊一根绳子,绳头上有一根针;在偶数格子里各放一小块糖,在奇数格子里分别放值钱的物品。

谁给摊主几角钱,就可拨动悬臂转动一次。等停转后,指针指到哪格,便根据那格的数,从下一格起,按格往下数这个数,数到哪一格,放在格里的糖或者别的物品就归谁。比如说停在2,就从第三格起数二格,4格里的物品就归谁。

粗心大意的人会想:盘子上,单数双数格子各占一半,数到双数得一块糖,当然亏了;数到单数得一盒彩色铅笔什么的,可就赚了。几角钱不多,可以碰碰运气。

不错,单数格子确实有一半。可是,按照这样的数法,是怎样也数不到奇数格子上去的。

为什么呢?

道理很简单,因为

奇数+奇数=偶数;

偶数+偶数=偶数。

这就是说,不管指针指在奇数还是偶数,最后数到的总是偶数格,赚的可能性是零。

还有一种猜扑克的赌摊。赌主拿出5张不同花色点子的扑克牌,抽出一张给你看看,比如是红桃K;然后,他把5张牌的牌面朝下,在那里把5张牌颠来倒去、东插西放地调换位置,着实拨弄了一番后,叫你猜哪一张是红桃K。猜错了,你给他一块钱;猜对了,他给你两块钱。

粗心大意的人,看见有人猜中,以为有利可图,也去碰碰运气。仔细一想,不对了。就算赌主没有作弊,猜对的可能性是15,平均每次可以赢25角;输钱呢?五次输四次,平均每次输45角。赌的次数越多,每次输的平均值就越接近45,而4〖〗5>;25。

象棋残局摊的赌博要复杂一些。摊主摆了一付象棋残局,吆喝别人与他对弈。表面看来,这是业余爱好,高尚娱乐。其实,下输了要付一块钱;下和或者下赢,他就送你价值二块的一盒象棋。你以为自己的棋下得不错,想去显显本事,往往一输到底。

红蓝两方,听凭选择,为什么会老输呢?

原来这付象棋残局是经过精心挑选的,要是双方都走棋无误,绝大可能是和局。每一步棋应该怎样走法,摊主早背得滚瓜烂熟。

我们假定这个残局,从开局到定局共有10个回合,又假定你每一步棋走对的可能性是12,走错的可能性也是12。

这样,你能够与摊主弈和的可能性是(12)10=11024。

即使你每步走对的可能性是910,和棋的可能性还远远不到1〖〗4。

或许你会认为低估了你的棋艺水平。对大多数人来说,12已经是十分宽大的估计了。

不可否认,能够与摊主弈和的人也是有的,那是极少数对中国象棋有造诣的人。可是,这样的人很少去光顾这类场所,摊主大可不必担心。

在81个零件中要找出一个废品,至少要称几次

现在有81个零件,其中有一个因为原材料内部有砂眼,是个废品,需要把它找出来。这个废品虽然从表面上看不出来,但由于内部有空洞,所以比别的零件要轻。因此,我们可以采取称量的方法。那么怎样使称量的次数最少呢?

一般的方法应该是,在天平的两边各放一个零件,如果平衡,那么都不是废品;如果不平衡,那么较轻的一个就是废品。因此,称一次能决定在2个零件中有没有废品。那么如果是3个零件,是不是也可以只称一次呢?答案是肯定的。因为如果3个零件中有一个是废品,那么任取两个放在天平的两端,如果平衡,那么另外的一个就是废品;如果不平衡,当然较轻的一个是废品。

那么,如果是在9个零件中,需要称几次呢?我们首先把9个零件等分成3堆,每堆3个,随便取其中的2堆,分别放在天平的两端,称一次就可以决定废品在哪一堆。然后再把有废品的那一堆,按照上面的方法再称一次,就可以找到废品,因此只需要称2次。

根据同样的道理,我们可以把81个零件先等分成3堆,每堆27个,任取其中的2堆称1次,就可以确定废品在哪一堆。再把这一堆27个等份成3堆,每堆9个,取其中的2堆再称1次。这样下去,总共只要称4次,就可以在81个零件中找出废品来。

那么如果零件的个数更多呢?例如243、729、……,所以需要找出这其中的规律来。也许你已经看出来了,零件的个数如果等于3n,那么最少的称量次数就是n,例如81=34,那么在81个零件中要找出一个废品,至少要称4次。由于243=35,729=36,因而对于243和729个零件来说,最少的称量次数分别是5次和6次。如果零件的个数并不正好等于3n,又如何来安排呢?这个问题留给大家自己去思考。

不查日历,推算某一天是星期几

如果你想要知道历史上的某一重要日子或者未来的某一天是星期几,不查日历,能算出来吗?

事实上,有许多公式可以用于计算某月某日是星期几。

例如:

S=x-1+x-14-x-1100+x-1400+C

这里x是公元的年数,C是从元旦数起到这一天为止(包括这一天)的天数,方括号表示一个数的整数部分。求出S后,再用7除,其余数便表示这一天是星期几:余数为0,则为星期日;余数为1,则为星期一;依此类推。

例11921年7月1日,中国共产党在上海成立。这天是星期几?

按上面公式:

S=1921-1+1921-14-1921-1100+1921-1400+(31+28+31+30+31+30+1)=1920+480-19+4+182=2567用7除2567所得的余数是5,所以1921年7月1日是星期五。

上面的公式有一个缺点,它不是直接把月和日代入公式,而是要计算这一天是全年的第几天。下面的蔡勒公式避免了这个麻烦:

W=c4-2c+y+y4+26(m+1)100+d-1

这里c是公元年份的前两位数:y是公元年份的后两位数;m是月数,不过1月和2月分别看成上一年的13月和14月;d是日数。按蔡勒公式求出W后,再求其除以7的余数,便得到星期数。

你可以用蔡勒公式试求1921年7月1日是星期几,并与例1比较。

例21949年10月1日,中华人民共和国成立。这一天是星期几?

这个日子c=19,y=49,m=10,d=1。用蔡勒公式求得:

W=194-2×19+49+494+26(10+1)10+1-1

=4-38+49+12+28

=55

用7除55得余数6,所以1949年10月1日是星期六。

例32000年元旦是星期几?

2000年元旦应该看成1999年13月1日,所以c=19,y=99,m=13,d=1。用蔡勒公式求得:

W=194-2×19+99+994+26(13+1)10+1-1

=4-38+99+24+36

=125

用7除125得余数6,所以2000年元旦是星期六。

怎样把250只苹果巧装在8只篮子里

问题是这样的:假设每只篮子的容量都足够大,可以让你装入250只以内的任意数量的苹果,怎样把250只苹果巧装在8只篮子里,然后不管你要多少只苹果,都不需要一只只地数,只要拿几只篮子就可以了。

怎样才能做到呢?仔细思考一下,如何把250分解成8个数的和,使得1到250之间的每个自然数都可以用这8个数中若干个数的和来表示。

我们首先把8只篮子进行编号①、②、③、……⑧,然后依次装入1、2、4、8、16、32、64、123只苹果,这样250只苹果刚好全部装进去。现在,不论我们要拿多少只苹果,只要计算一下,然后拿几只篮子就可以了。例如55=32+16+4+2+1,因此只要拿走①②③④⑤⑥号篮子,就正好是55只苹果。不信的话,你可以试试看,1到250之间所有的数字,都可以不重复地由上面8个数字相加得到。

答案还不止这一个呢!例如,如果⑦号篮子改成装62只,⑧号装125只,其余的不变,这也是一个正确的答案。

但是,如果苹果的数目是255只,那么答案便只有一个:

1+2+4+8+16+32+64+128=255

为什么要这样来分解数字呢?这里我们依据前面介绍的二进制原理。

我们来看看十进位制和二进位制之间的换算。例如55,是32、16、4、2、1的和,用二进位制表示就是110111。而110111换算成十进制等于1×20+1×21+1×22+0×23+1×24+1×25=1+2+4+16+32=55现在我们容易理解上面问题的答案了,分解的数字分别为20、21、22、23、24、……,因为这样分解以后,每一个篮子也就相当于二进位制的每一位,它只有两种选择:1和0,也就是说这个篮子是“要拿”还是“不要拿”。而拿的篮子的只数也正是二进位制数从右向左数的位数,例如55就等于二进位制的11111,也就是如果拿第1、2、3、5、6只篮子,就正好拿了55只苹果,与我们上面的答案相同。

松鼠妈妈采松子

松鼠妈妈采松子,晴天每天可以采20个,雨天每天只能采12个。它一连几天采了112个松子,平均每天采14个。请问,这几天当中有几天有雨?

解法(1)松鼠妈妈采112个松子共用了

112÷14=8(天)

如果8天都是晴天,就能采到松子

20×8=160(个)

一个雨天比一个晴天少采松子

20-12=8(个)

现在共少采了

160-112=48(个)

因此雨天有48÷8=6(天)。

解法(2)

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