小学最烧脑的分酒问题,逻辑竟然如此简单
前几天,8岁表妹拿着一道题过来问超模君:
三个酒杯A B C分别可装12升、8升、5升酒,开始酒杯A装满了酒,在没有其它工具的情况下,怎么将12升酒平分?
超模君一看,这不就是经典的分酒问题吗?而关于分酒问题还有个有趣的故事:泊松在年轻的时候就成功解答过分酒问题(所以分酒问题也称为泊松分酒问题),从此之后,泊松就开始爱上了数学这门学科。
这也让我回想起高中时代,尤其是解答最后一道数学题那种爽快感,这应该算是人生的一次高潮,而泊松这一辈子都在追寻这种破解难题的高潮。
回来看看8岁表妹的分酒问题,作为一个数学系的“优秀毕业生”,肯定不能怂。
(如果需要超模君迷之画作的,请留言)
搞定,在8岁表妹崇拜的注视下成功地完成了分酒问题,不过她似乎对右下角的动物比较感兴趣,硬是要我教她。。。
不知道各位模友有没有发现,在上面的解题过程中,一直都是A→B,B→C,C→A的顺序,那如果我们调整一下顺序,还能不能把酒平分出来?
看样子还是要动手推算,此时的8岁表妹还在研究我的画是怎么画出来的。。。
SURPRISE!可以看到,仅仅调整了一下倒酒流程,竟然改变了这么多,从原来的7次转移,变成了18次转移(最后一步还被纸给吃了),连画“小猪佩奇”的地方都没了。
其实对于分酒问题,事实上是有套路。
在每一个分酒问题中,都会看到有三个(或者四个)瓶子,假设大、中、小三个瓶子容量分别为A1,A2,A3,而最终要得到的容量是R。
如果我们按照大瓶只能倒到中瓶,中瓶只能倒到小瓶的规则,再假设大瓶子倒进中瓶子总共X次,从小瓶子倒入大瓶子总共Y次。
在经过多次倒酒后,中瓶子A2和小瓶子A3剩余的酒为 A2*X - A3*Y。
那到这里看明白了吗,事实上分酒问题就变成了不定方程是否存在正整数解的问题了。
我们再把这套逻辑套在8岁表弟给的分酒问题上,
A1=12,A2=8,A3=5,R=6
那我们就开始解不定方程
8X - 5Y = 6 ( X > 0 ,Y > 0 )
也就可以得到,最小整数解 X=2,Y= 2.
SURPRISE!也就是在整个倒酒过程中,大瓶子至少要2次倒满中瓶子,小瓶子至少要2次以全满的状态倒回大瓶子,最后才能将12升的酒平分。
那第二种规则下(大瓶子只能倒给小瓶子,小瓶子只能倒给中瓶子,中瓶子只能倒给大瓶子)也同样就是解不定方程了。
5X - 8Y = 6 ( X > 0 , Y > 0 )
至于方程的最小正整数解是啥,那就看各位模友了。