一个逻辑教授把他的三个聪明学生A,B,C叫来,在他们每人的额头上贴了一张纸条,并在每张纸条上写了一个数。每个学生可以看见其它两人额头上的数,但看不见自己额头上的数。教授说,你们额头上的这三个数都是正整数,而且其中一个数是另外两个数的和。说完后他问A:根据你听到的和看到的,你能否推出你头上是什么数?A说:不能。他又问B:根据你听到的和看到的,你能否推出你头上是什么数?B说:不能。他又问C同样的问题,C说:不能。他于是再问A:根据你听到的和看到的,你能否推出你头上是什么数?A说:我头上的数是120。教授又问:你是否需要所有的信息才能判断出你自己的数?A答:是。
B和C的头上是什么数?
考虑一下更一般的情况。他们的数是多少时使A至少要到第三圈问答才有可能推出自己的数,或者第K圈以后情况会怎么样?
首先不考虑教授的最后一问。每个人可以看见两个数,他自己头上的数或者是这两个数之和,或者是这两个数之差。如果他看见另外两个数为相同的数,则他立即可以知道他的数是另外两个人的和。这种情况没有出现,说明三个数是各个不同的。而A能够知道自己的数,必然是从和差两种情况中能排除一种,也就是从其中一种可以推出两数相等的矛盾。
设B,C的数为b,c。我们看一看A怎样才能排除自己的数是b,c之差。(可以证明A不能排除自己的数是b,c之和。)先设c > b。则C看见的数是c-b和b。第一个矛盾是c-b = b。如果不等,C猜测自己头上的数可能是 c-2b和2b-c。而B可能看见的数中能引起矛盾的有c-b = 2b-c。如果再不等,B又对自己头上的数有些猜测。这些猜测中A看了能引起矛盾的有b = c-2b,2c-3b = 2b-c。这些矛盾条件的b,c比例为1:2,2:3,1:3,和3:5。对b > c的情况同样分析,可得出b,c比例为2:1,3:1时是矛盾条件。
现在再加进教授的最后一问。这些矛盾条件中唯一要用到所有条件的是3:5,即三个数分别为45,75,120。剩下的条件中,1:2和2:1只要用到一个条件:B或C的回答;其余的三个各用到两个条件:2:3用到B和C的回答,没用到A自己的,1:3用到A,C的回答,3:1用到A,B的回答。
一般情况,如果问到第n个问题才猜出,并且猜出的人要用到所有条件,则三个数分别是Fibonacci序列的第n,n+1,n+2个数。当需要问到第三圈时,三数的比例是55:89:144。
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