千萬別學數學,根本想不到如此簡單的數學小問題
數學,
你這個磨人的小妖精!
上次超模君介紹了世界7大數學難題,很多模友表示連題目都看不懂。
所以,超模君今天就搜集了一些比較簡單有趣的數學問題。
說完這句話,我連我自己都不相信了。
天使問題
天使問題是由英國數學家約翰·何頓·康威(John Horton Conway)提出的一個博弈論問題,他在1982年出版的《Winning Ways》中描述了天使問題(the angel and the square-eater),現在通常被認為是天使和魔鬼的遊戲。
假設有一個無限大的方格棋盤,天使和惡魔就在上面玩遊戲。
在遊戲開始之前,天使停留在棋盤上的某一點(天使的起點),獲得指定權力 K (正整數),即每一輪天使可移動的方格數。
在每一輪遊戲中,惡魔都在棋盤上放置一個路障,當然,路障不可以放在天使的停留處。
有惡魔開始放置第一個路障,然後天使就沿著棋盤上的方格移動K格(縱、橫、斜的相鄰方格均可),移動過程可以穿過路障,但是停留處不可是路障處。
天使再次停留後,惡魔就設置第二個路障。。。
如此進行下去,如果在某一輪,天使停留在惡魔設置的某一個路障所在的方格中,惡魔就獲勝;如果天使能無限地繼續遊戲,則天使獲勝。
給出遊戲規則後,康威提出了天使問題:一個能夠獲得足夠權力的天使能贏嗎?
為了激勵有人來解決這個問題,康威提供了這樣一個獎勵方案:
①對於一個足夠高權力的天使的獲勝策略,獎勵100美元;②不論天使的權力如何,證明惡魔獲勝的策略獎勵1000美元。
而就在1982年,這個遊戲設計者康威本人就證明了在以下兩種情況下,惡魔有獲勝的策略:
①當天使可移動的方格數 K = 1 時,惡魔有必勝策略;②如果天使永遠不會降低其 Y 坐標,則惡魔有必勝策略。
到了1996年,康威又證明了:如果天使一直增加它到起始點的距離,則惡魔有必勝策略。
康威心心念念的天使獲勝策略還是沒有人能提出來。。。
直到2006年,有四位數學家幾乎是同時獨立發現了天使的必勝策略:
布萊恩·鮑德奇(Brian Bowditch)證明了當K=4時,天使有獲勝策略;奧迪瓦·克洛斯特(Oddvar Kloster)和安德拉斯·馬修(AndrásMáthé)證明了當K=2時,天使有獲勝策略;彼特·伽克斯(PéterGács)的證明僅適用於更大的常數。
不過,超模君還無法得知康威將獎勵給了誰。
Thrackle問題
Thrackle問題也是康威提出來的,被稱為「康威的恐怖問題」。
在一個圖中,只有一些點以及點與點之間的連線,如果每一根線條都與其他所有線條
剛好只相交一次
,這個圖就被稱為是「thrackle」。
下圖就是滿足要求的3個thrackle:
可以看出它們的一個特點:線條數都沒超過頂點數。
而康威的Thrackle問題就是:是否存在線條數大於頂點數的thrackle?
有趣的是,像上面介紹的天使問題一樣,康威也懸賞了1000美元來征解。(動不動就懸賞
)
只不過,到目前為止,還沒有人能找得到線條數大於頂點數的thrackle,而目前已知的最好的結果是,一個 thrackle 的線條數不會超過頂點數的167/117。
下圖就是線條數和頂點數相同的一個thrackle(6個點、6條線),而此時想要在兩個點之間添加一條線,使得這條線與其他所有線只相交一次,是不可能的!(各位模友可以嘗試一下)
吉爾布雷斯猜想
1958年的一天,美國數學家吉爾布雷斯(Norman L. Gilbreath)閑來無事,在餐巾紙上將一堆素數從小到大排成一行,然後又很無聊地將素數兩兩相減(相鄰的兩個素數,大的減去小的),得到第二行數,繼續很無聊地減下去。。。
然後,見證奇蹟的時刻到了!
吉爾布雷斯發現了一個規律:似乎從第二行開始,以後各行總是以1開頭!
由此,吉爾布雷斯猜測:不論這個過程進行多久,上述結論總是正確的。並在1958年的一個數學交流會上提出了這個猜想,即吉爾布雷斯猜想。
第二年,吉爾布雷斯的兩個學生凱爾格洛夫(R.B.Killgrove)和拉爾斯頓(K.E.Ralston)通過驗證第63419個素數之前的所有素數而支持了這個猜想。
1993 年,數學家安德魯·奧利茲科(Andrew Odlyzko)對 10 000 000 000 000 以內的質數( 346 065 536 839 行)進行了檢驗,規律仍然遵循吉爾布雷斯猜想。
到目前為止,人們還沒發現可以推翻吉爾布雷斯猜想的反例。
利克瑞爾數
在了解利克瑞爾數之前,我們先講講迴文以及迴文數。(palindrome number)
「迴文」( palindrome)是古今中外都有的一種常見的修辭手法和文字遊戲,是指「順著讀和反過來讀都能讀通的句子」,古人喜歡用這種方式來體現兩種食物之間的聯繫,甚至是得到相矛盾的結果。
例子:①人人為我,我為人人。②《易經.繫辭》:日往則月來,月往則日來。③英語中最著名的一個迴文,是拿破崙被流放到Elba島時說的一句話:Able was I ere I saw Elba.(在我看到Elba島之前,我曾所向無敵。)
而在數學中,也存在具有這一特徵的數字,即「正讀反讀都一樣」的自然數,稱為「迴文數」,0是最小的迴文數。
關於迴文數的獲取,有這樣一個演算法:
第一步:隨機找一個十進位的數(如46),把它倒過來變成另一個數(64),再把這兩個數相加(46+64=110),得到一個和數(110);第二步:將這個和數倒過來(011),再與原來的和數相加(011+110=121),又得到一個新的和數;按照這個步驟,一步步往下算,直到得到一個迴文數為止。(例子中的121已經是一個迴文數,如果接著算下去,還會得到更多的迴文數。)
既然方法如此簡單而且有趣,人們紛紛加入這個迴文數的探索之旅。
不過,人們慢慢發現,並不是所有數都像上面所舉的例子那樣只需要2步或者幾步就可以得到一個迴文數,數字89的「迴文數之路」就非常漫長,足足要經過24步才得到第一個迴文數:8813200023188。
隨著計算機的發展,人們已經開始通過編寫程序來獲得迴文數。
然而,有這樣一個神奇的數字:196,專家表示打死都得不到迴文數,因為他們按照上面的步驟用計算機進行了數億次的迭代,還是無法得到一個迴文數,像這種數,就稱為「利克瑞爾數」(Lychrel Number)。
而現在的推論,196隻認為是第一個可能的利克瑞爾數,因為還沒得到任何有力的證明。
超模君表示不會輕易。。。
馬上動筆算了起來!
196+691=887
887+788=1675
1675+5761=7436
7436+6347=13783
。。。
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