“叔叔,抓乌龟。”这种游戏他很拿手。五十四张扑克牌两个人轮流取,每人每次规定取1到5张,到最后1张的就算输。据小海说,最后1张牌就叫做“乌龟”。叫我纳闷的是,我是常败将军,我先取也是输,后取也是输;看他取几张我就跟着取几张,最后还是我抓回“乌龟”。
莫非这里面有什么规律?有一次我认真考虑起这个问题来了,并且悟出了其中的奥妙。我若要不取最后1张,一定要让对方在最后第二次取之前,桌上恰好有7张牌;这时候在1~5张的规定范围内不管他取几张,都有办法逼他取最后1张。例如,他若取1我就取5,他若取2我就取4……他若取5我就取1。而要促成对方面临最后是7张的局面,又必须在此之前让他取最后13张。依此上推就是7、13、19、25、31、37、43、49,这是以6为公差的等差级数。因此在游戏开始时必须争取先取权,我应该先取5张,留下49张给他取;以后我每次取的张数与他取的张数之和为6,就能制胜了。
下一次去大哥家的时候,小海照例又把扑克牌翻了出来:
“叔叔,抓乌龟。”我不客气先抓回5张再说,结果当然是他输了。这次轮到他纳闷了,他建议重来一次,并且不问我愿意不愿意就先抓5张到手。我忙说:“小海,你想先取也可以,但是我们把规定改一下,每次只准取1到4张好吗?”他表示同意,不过又是他输了,因为我每次留给他取的牌数是6、11、16、21、26、31、36、41、46、51,这是公差为5的等差级数。论理,仍旧是谁先取谁就能控制整个局势发展,然而小海还只有10岁,过去记的是死办法,他不懂得这个级数规律,先取又有什么用呢?
不是魔术
小李回家探亲,我和另外两位老同学去看望他。好客的主人端出一盘橘子,招待老朋友。可是大家都很客气,谁也不想首先动手。于是,主人只好亲自把橘子送到各人面前,他在我的面前放了一个橘子,小王面前放了两个,小张面前是三个--这就有点奇怪了。
原来,小李想劝我们多吃一些,还想送我们每人一件礼物,他就搞了一个有趣的游戏。他取出三支不同颜色的原子笔:黑的、绿的、灰的,然后当众宣布:“你们三位各取一支自己喜爱的颜色的笔,不要让我知道。不过嘛,有一个条件:你们除了把面前的橘子吃掉外,还必需再取一次橘子,所取数量是:拿黑色笔的应该再取面前橘子的一倍;拿绿色笔的应该再取面前橘子的两倍;拿灰色笔的应该再取面前橘子的四倍,这样我就能猜出各人拿的是什么颜色的笔。”说完,小李就进里屋里张罗茶炊去了。多新鲜的事哪!一年不见,小李学会了变魔术!我们各捡了一支笔,又遵照规定取了橘子,不用交待,藏在自己的口袋里。
不久,小李从里屋出来,“喏,”他装着魔术师的样子说:“看你们的眼色就知道你们各人取的是什么笔。”他一一指出了我们所取笔的颜色。我们三人呢,面面相觑,莫名所以。橘子吃了,原子笔笑纳了,魔术看了,脑子糊涂了。
他是怎样断定各人所取的笔的颜色呢?“首先应该注意到,橘子一共是24个,”小李解释说:“你们还记得数学上有一种叫穷举法的论证方法吧?这是当否定对象不止一个时的反证法,在逻辑电路的设计和分析中经常用到这种方法,我就是根据这种方法下判断的。原有橘子一共24个,只要由盘里还剩下的橘子数目就确定各人所取笔的颜色了。”经他这么一说,我们基本上清楚了,这不是魔术,是数学!为了方便起见,设三位客人叫做甲、乙、丙,设三种笔的颜色为a(黑色)、b(绿色)、c(灰色),三个人在三种笔中各取一支就有六种可能:
甲aabbcc乙bcacab丙cbcaba要确定三个人是按哪一种方案取的笔,又与(1)橘子总数24个,(2)剩下的橘子数,(3)事先在甲、乙、丙面前放的橘子数有关。例如若是按甲-a,乙-c,丙-b方案取笔,而甲面前原放橘子数是1个,乙面前原放橘子数是2个,丙面前原放橘子数是3个,那末按照规定,所取橘子数应是:甲1+1=2,乙2+8=10,丙3+6=9,剩下橘子数为24-(2+10+9)=3;于是小李根据盘中剩下橘子数就能反过来确定甲、乙、丙三人各取的是什么颜色的笔了。
我们又可列一个表,发现六种方案下所剩橘子数是各不相同的:
甲乙丙取出的橘子数共计剩余橘子数abc1+1=2;2+4=6;3+12=15231acb1+1=2;2+8=10;3+9=12213bac1+2=3;2+2=4;3+12=15222bca1+2=3;2+8=10;3+3=6195cab1+4=5;2+2=4;3+6=9186cba1+4=5;2+4=6;3+3=6177其实,小李不必记住这么麻烦的表格,他在里屋的时候,只要在手心上画一个简单表格就行了。当他从里屋出来,先看盘中剩余橘子数,再叫被猜的各就各位,对照一下手心的表格,就了如指掌了。
耳朵好还是眼睛好?
文体委员最近学到一个游戏,叫大家“娱乐娱乐”,他要我们从每个小组中选出一名“爱动脑筋的人”,大家经过酝酿和推荐,选出了四位同学。文体委员请他们竖排成一行。
委员手持六顶帽子,大家都看到,那是三顶红的,二顶蓝的,一顶黄的,当然,四个准备大动脑筋的人也看到了。随后,委员请四人闭起眼睛,给他们每人戴了一顶帽子,余下两顶藏起来。然后他就发出睁眼的命令。于是出现了这样一种情景:四人都看不到自己头上所戴帽子的颜色,但后面的人能看到前面人戴的帽子,站在最前面的一人却一顶也看不见。
文体委员问最后一个人:“你戴的帽子是什么颜色?”他想了想说:“不知道。”文体委员又问前面一个人,他也回答说不知道,接着再问更前面一人,仍说不知道,可是,当问到最前面那位同学时,他却正确地说出了自己帽子的颜色。于是文体委员宣布:四个人都能得到爱动脑筋合格证。
假定自前而后四人分别叫做甲、乙、丙、丁。我们知道,他们每人的回答都有“知”与“不知”两种可能。以丁来说,只有当他看到前面三人的帽色是二蓝一黄时,才能断定自己帽子为红色,回答“知道”。此时丙也能判断出自己帽色,因为当他听到丁说“知道”后,立刻就能根据甲乙两人的帽色来判断自己的帽色:如果甲、乙二人所戴为二蓝,那末他就是黄,如果甲乙两人是一蓝一黄,则他就是蓝。那末乙怎样判断呢?他面临两种可能:当他听到丁、丙都回答“知道”后,若看到甲为黄帽,则自己必是蓝帽,也能回答“知道”,如果他看到甲为蓝帽,则自己帽色不定,就应回答“不知道”。再来看甲,现在他的条件非常优越,他可以毫不犹豫地报“知道”,因为如果他听到乙报“知道”,那么甲帽为黄色,如果听到乙报“不知道”,则甲帽为蓝色。
我们再来分析另一种情况,就是丁说“不知道”这种情况。丁什么情况下不能确定自己的帽色呢?唯有当他看到前面三人中至少有一人是红帽的时候。丙听到丁“不知道”的回答后,就应立刻看一下前面二人中有无红帽,若前面二人中没有戴红帽的,那末他的帽子必是红色,丙应回答“知道”,若前面二人中有戴红帽的,则自己的帽色就不定,丙应回答“不知道”。此时乙的情况略为复杂。(1)如果乙听到丁报的是“不知道”而丙报的是“知道”:若甲帽为黄,则乙知自己帽色为蓝,乙回答“知道”;若甲帽为蓝,则乙应回答“不知道”。
(2)如果乙听到的是丁报“不知道”而丙也报“不知道”呢?此时仍有两情况:若甲帽非红,则乙帽必是红色,报“知道”;若甲帽红色,则乙报“不知道”。甲会遇到四种情况:(1)丁“不知”、丙“知”、乙“知”时,甲帽为黄;(2)丁“不知”、丙“知”、乙“不知”时,甲帽为蓝;(3)丁“不知”、丙“不知”、乙“知”时,甲“不知”;(4)丁“不知”、丙“不知”、乙“不知”时,甲帽为红。
我们的甲同学在游戏中遇到的是最后一种情况,他经过分析后回答自己帽子是红色的。从表面上看来,能够看到前面同学帽色的乙、丙、丁反而不知道自己戴的什么帽子,而甲看不到别人帽色,仅仅根据别人的回答就能知道自己的帽色,岂不说明耳朵的作用比眼睛还大?可是我们不妨反问一句:假如没有丁、丙、乙的眼观、耳听、嘴讲,甲的耳朵能起这么大的作用吗?事后有人问我:“你认为这个游戏的意义在哪里?”我说:“它介绍了一种重要的论证方法。”