數學手抄報資料:藥品混亂的趣味數學故事

一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,一封電報接踵而來。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,其中有一瓶藥丸每粒超重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:“倒霉極了,我只好從每瓶中取出一粒來秤一下。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:“等一下,沒必要秤十次,只需秤一次就夠了。這怎么可能呢?

布萊克小姐的妙主意是從第一瓶中取出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一粒是超重的,並且是從第一瓶中取出的。

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一次,不是嗎?

六個月後,藥店又收到此種藥品十瓶。一封加急電報又接踵而至,指出發生了一個更糟糕的錯誤。

這一次,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,怎么辦?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一下,我們仍然只需秤一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麼好主意?

在第一個秤藥丸問題中,我們知道只有一瓶藥丸超重。從每瓶中取出不同數目的藥丸(最簡單的方式就是採用計數序列),我們就可使一組數字和一組藥瓶成為一一對應的關係。

為了解決第二個問題,我們必須用一個數字序列把每瓶藥單獨標上某個數字,且此序列中的每一個子集必須有一個單獨的和。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,這一序列為二進制記數法奠定了基礎。

在這個問題中,解法是把藥瓶排成一行,從第一瓶中取出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一下。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,第一,二,四,五位上的“1”表示其權值分別為1,2,8,16。因此分量有誤的藥瓶是第一,二,四,五瓶。

在由2的冪組成的集合中,每個正整數是單一的不同組合中的元素之和。鑒於這一事實,二進制記數法極為有用。在計算機科學和大量套用數學領域中,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套用。

這裡有一個簡單的撲克魔術,可叫你的朋友莫名其妙。這個戲法也許看上去與藥瓶問題毫無關係,但他們的依據是相同的,都是二進制原理。

請別人把一副牌洗過,然後放進你的口袋,再請人說出一個1至15以內的數字。然後你把手插進你的口袋裡,一伸手就取出一組牌,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各一張放入口袋。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。請別人說出一個數字,你用心算將此數表示成2的冪的和。如果是10,那你就應想到:8+2=10,隨即伸手入袋,取出2和8的牌示眾。

卜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。然後將一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:在一個數的二進制表示中,若右起第一位是“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。注意:63這個數字的二進制記數法是“111111”,每一位都是“1”,因此每張卡片上都有這個數字。