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风云小站|Connecting Lives With Infinite New Discoveries
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数学悖论奇景(仔细看看很有意思的)
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数学悖论奇景(仔细看看很有意思的)
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数学悖论奇景(仔细看看很有意思的)
“悖论”这个词的意义比较丰富,它包括一切与人的直觉和日常经验相矛盾的数学结论。那些结论会使我们惊讶无比。悖论主要有三种形式:1.一种论断看起来好象肯定错了,实际上却是对的(佯谬);2.一种论断看起来好象肯定对了,实际上却错了(似是而非);3.一系列理论看起来好象无懈可击,却导致了逻辑上自相矛盾。
悖论有点象变戏法,人们看完以后,几乎没有一个不惊讶得马上就想知道:“这套戏法是怎么搞成的?”当把技巧告诉他后,他便不知不觉地被引进深奥而有趣的数学世界中。
著名的《科学美国人》杂志社编的《数学悖论奇景》中,有不少生动而奇妙的题目,下面几则便选自其中。有的题目作了简略的分析,有的只提出问题,留侍读者去思索。
1.唐?吉诃德悖论
小说《唐?吉诃德》里描写过一个国家,它有一条奇怪的法律,每个旅游者都要回答一个问题:“你来这里做什么?”回答对了,一切都好办;回答错了,就要被绞死。
一天,有个旅游者回答:“我来这里是要被绞死。”
旅游者被送到国王那里。国王苦苦想了好久:他回答得是对还是错?究竟要不要把他绞死。如果说他回答得对,那就不要绞死他――可这样一来,他的回答又成了错的了!如果说他回答错了,那就要绞死他――但这恰恰又证明他回答对了。实在是左右为难!
2.梵学者的预言
一天,梵学者与他的女儿苏耶发生了争论。
苏椰:你是一个大骗子,爸爸。你根本不能预言未来。
学者:我肯定能。
苏椰:不,你不能。我现在就可以证明它!
苏椰在一张纸上写了一些字,折起来,压在水晶球下。她说:
“我写了一件事,它在3点钟前可能发生,也可能不发生。请你预言它究竟是不是会发生,在这张白卡片上写下‘是’字或‘不’字。要是你写错了,你答应现在就买辆汽车给我,不要拖到以后好吗?”
“好,一言为定。”学者在卡片上写了一个字。
3点钟时,苏椰把水晶球下面的纸拿出来,高声读道:“在下午3点以前,你将写一个‘不’字在卡片上。”
学者在卡片上写的是“是”字,他预言错了:“在下午3点以前,写一个‘不’字在卡片上”这一件事并未发生。但如果他在卡片上写的是“不”呢?也还错!因为写“不”就表示他预言卡片上的事不会发生,但它恰恰发生了――他在卡片上写的就是一个‘不’字。
苏椰笑了:“我想要一辆红色的赛车,爸爸,要带斗形座的。”
3.意想不到的老虎
公主要和迈克结婚,国王提出一个条件:
“我亲爱的,如果迈克打死这五个门后藏着的一只老虎,你就可以和他结婚。迈克必须顺次序开门,从1号门开始。他事先不知道哪个房间里有老虎,只有开了那扇门才知道。这只老虎的出现将是料想不到的。”
迈克看着这些门,对自己说道:
“如果我打开了四个空房间的门,我就会知道老虎在第五个房间。可是,国王说我不能事先知道它在哪里,所以老虎不可能在第五个房间。”
“五被排除了,所以老虎必然在前四个房间内。同样的推理,老虎也不会在最后一个房间――第四间内。”
按同样的理由推下去,迈克证明老虎不能在第三、第二和第一个房间。迈克十分快乐,他满怀信心地去看门。使他惊骇的是,老虎从第二个房间跳了出来。
迈克的推理并没有错,但他失败了。老虎的出现完全出乎意料,表明国王遵守了他的诺言。也许,迈克进行推理的本身就与国王关于老虎“料想不到”的条件发生了矛盾。迄今为止,逻辑学家对于迈克究竟错在哪里还末得到一致意见。
4.钱包游戏
史密斯教授和两个学生一道吃午饭。教授说:“我来告诉你们一个新游戏。把你们的钱包放在桌子上,我来数里面的钱。钱少的人可以赢掉另一个钱包中的所有钱。”
学生甲想:“如果我的钱多,就会输掉我这些钱;如果他的多,我就会赢多于我的钱。所以赢的要比输的多,这个游戏对我有利。”
同样的道理,学生乙也认为这个游戏对他有利。
请问,一个游戏怎么会对双方都有利呢?
5.一块钱哪儿去了?
一个唱片商店里,卖30张老式硬唱片,一块钱两张;另外30张软唱片是一块钱三张。那天,这60张唱片卖光了。30张硬唱片收入15元,30张软唱片收入10元,总共是25元。
第二天,老板又拿出60张唱片。他想:“如果30张唱片是一块钱卖两张,30张是一块钱卖三张,何不放在一起,两块钱卖5张呢?”这一天,60张唱片全按两块钱5张卖出去了。老板点钱时才发现,只卖得24元,而不是25元。
这一块钱到哪儿去了呢?
6.惊人的编码
外星的一位科学家基塔先生,来到地球收集人类的资料,遇到了赫尔曼博士。
赫尔曼:“你何不带一套大英百科全书回去?这套书最全面地汇总了我们的所有知识。”
基塔:“可惜,我带不走那么重的东西。不过,我可以把整套百科全书编码,然后只要在这根金属棒上作个标记,就代表了百科全书中的全部信息。”真是再简单不过了!
基塔先生是怎样做到的呢?
基塔:“我先把每个字母、数字、符号,都用一个数来代表,零用来隔开它们。例如cat一词就编为3-0-1-0-22。我用高级袖珍计算机快速扫描,就能把百科全书的全部内容转变为一个庞大的数字。前面加一个小数点,就使它变成了一个十进制的分数,例如0.2015015011……
基塔先生在金属棒上找到了一个点,这个点将棒分为a和b两段,而a/b刚好等于上面那个十进制分数值。
基塔:“回去后,测出a和b的值,就求出了它们的比值;根据编码的规定,你们的百科全书就被破译出来了。”
这样,基塔离开地球时只带了一根金属棒,而他却已“满载而归”了!
7.不可逃遁的点
帕特先生沿着一条小路上山。他早晨七点动身,当晚七点到达山顶。第二天早晨沿同一小路下,晚上七点又回到山脚,遇见了拓扑学老师克莱因。
克莱因:“帕特,你可曾知道你今天下山时走过这样一个地点,你通过这点的时刻恰好与你昨天上山时通过这点的时刻完全相同?”
帕特:“这绝不可能!我走路时快时慢,有时还停下来休息。”
克莱因:“当你开始下山时,设想你有一个替身同时开始登山,这个替身登山的过程同你昨天登山时完全相同。你和这个替身必定要相遇。我不能断定你们在哪一点相遇,但一定会有这样一点。……”
帕特明白了。你明白了吗?
8.橡皮绳上的蠕虫
橡皮绳长1公里,一条蠕虫在它的一端。蠕虫以每秒1厘米的稳定速度沿橡皮绳爬行;而橡皮绳每过1秒钟就拉长1公里。如此下去,蠕虫最后究竟会不会到达终点呢?
乍一想,随着橡皮绳的拉伸,蠕虫离终点越来越远了。但细心的读者会想到:随着橡皮绳的每次拉伸,蠕虫也向前挪了。
如果用数学公式表示,蠕虫在第n秒未在橡皮绳上的位置,表示为整条绳的分数就是(推导过程从略):
当n足够大(约为e100000)时,上式的值就超过了1,也就是说蠕虫爬到了终点。
9.棘手的电灯
一盏电灯,用按钮来开关。假定把灯拧开一分钟,然后关掉半分钟,再拧开1/4分钟,再关掉1/8分钟,如此往复,这一过程的末了恰好是两分钟。
那么,在这一过程结束时,电灯是开着,还是关着?这个问题实在是难!
数的“金蝉出壳”法
数论中有许多题材使人沉湎其中,往往乐而忘返。所以,这门学科自古以来,就吸引着人们去探索。
通俗性与公证性是数论的两大特点,。这就是说,有些题目,虽然其推证方法与导出过程极其复杂深奥,可是它的结果却是人人都能理解、都能欣赏、都能鉴别的。这就像磁铁一样,有一种无形的吸引力,把越来越多的业余爱好者吸引了过去。
现在请看两组自然数,每组各有三个数,每个都是六位数字。把这两组数分别相加,就会发现它们的和是完全相等的,即:
123789+561945+642864
=242868+323787+761943
这样的性质,自然算不上什么稀罕。可是,要知道它们各自的平方之和也是相等的,那就是说:
123789×123789+561945×561945+642864×642864
=242868×242868+323787×323787+761943×761943
如果不信,请算一算吧!算过以后,你也许会伸伸舌头,说一声:“妙啊!”
且慢,真正的妙事还在后头呢!请把每个数的最左边一位数字都抹掉,你会发现,对剩下的数来说,上述的奇妙关系仍然成立,即:
23789+61945+42864=42868+23787+61943
23789×23789+61945×61945+42864×42864=42868×42868+23787×23787+61943×61943
事情真怪。让我们再抹掉每个数最左边的一位数字试试看吧!通过计算,上述性质依然保存着:
3789+1945+2864=2868+3787+1943
3789×3789+1945×1945+2864×2864=2868×2868+3787×3787+1943×1943
现在,我们索性一不做、二不休,继续干下去了。我们发现,尽管每次抹掉最左边的一位数字,可是这种奇妙的性质总是被“原封不动”地保存了下来:
789+945+864=868+787+943
789×789+945×945+864×864=868×868+787×787+943×943
89+45+64=68+87+43
89×89+45×45+64×64=68×68+87×87+43×43
直到最后只剩下个位数,这一“性质”依旧“巍然不动”:
9+5+4=8+7+3
9×9+5×5+4×4=8×8+7×7+3×3
这就像“金蝉脱壳”一般,脱到最后一层,金蝉却还是货真价实的金蝉,其“个性”可谓“至死不变”矣。
现在我们还是从原来的两组数出发,可是这一次却“反其道而行之”,即把两组数的数字逐个逐个地从右边抹掉。
经过这样的剧烈变动,这种性质总不见得保持下来了吧?可是,与人们预料的相反,这种性质居然还是保存了下来:
12378+56194+64286=24286+32378+76194
12378×12378+561948×561948+64286×64286=24286×24286+32378×32378+76194×76194
……
直到最后抹得只剩下个位数时也是如此:
1+5+6=2+3+7
1×1+5×5+6×6=2×2+3×3+7×7
这类问题在数论上叫做“等幂和问题”,在国内外,它一直吸引着大批爱好者,但至今仍未能彻底解决。
数趣
“数字是万物之本”,数字学家毕达哥拉斯的这句话常常被人引证。甚至对于“什么是朋友”这样的问题,他也可用数字加以回答:“朋友就是你的另一个我,其关系就如220和284。”
友好数对
该数对的神秘在于:所有该数的整除数之和(包括1,但不包括该数本身)等于另一个数。220的整除数之和为1+2+4+5+10+11+20+22+44+55+110=284,284的整除数之和为1+2+4+71+142=220。有1800年之久,人们只知道这一数对是“友好”数对。直至1636年,业余数学家皮勒才成功地发现了第二数对:17296和18416。今天,数学家已发现了1200对这样的数对,其中最大的一对是111448537712和118853793424。
花瓣与小兔的数字之美
雷奥那多将阿拉伯数字引入欧洲,他自称费波南希。他在观察小白兔的繁殖时发现了值得注意的数字规律:1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144……其特点是前两个数字之和即为下一个数。直至今天,这一特性仍受到人们的关注,因为费波南希数字常常令人吃惊地出现在自然界中。比如:许多花瓣的数字正是这样。
为什么13是个倒霉的数字
它的基本设想来自威廉姆?福利斯、一位柏林医生的理论,即:人类发展史中的一切都可用一个简单公式“23X+28Y”来计算,X和Y是正或负的整数。比如:一年有365天,因为365=23×11+28×4;法国革命开始于23×23+28×45=1789年;人类细胞核中有46对染色体=23×2+28×0;《圣经》中动物数是23×18+28×9=666;而13是个倒霉的数字,因为13=23×3+28×(-2),――式中出现了负数。
正如美国数学家诺伯特?维纳尔所指出的“数字是真理的源泉”,“但数字更多的是将人们引入超现实的境地。”
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Posted: 2007-03-30 22:56 |
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sandbank
王者之气
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真吊诡呀……
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Posted: 2007-03-31 10:33 |
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ikefeng
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看的我脑袋都快爆炸了
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Posted: 2007-03-31 11:35 |
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帥氣尐啉ル
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这个问题
终极一般小天才也说了一大堆,,看了头大..
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Posted: 2007-03-31 11:46 |
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ouqi
泡MM的小帅哥!
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关中大侠:到底是谁杀了你,还是你杀了谁?
鸡无命:我杀了我.
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txkxh
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我杀了我
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快乐风云
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呵呵,看看就是
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Posted: 2007-04-01 15:49 |
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风云江湖
风云墙 我看强
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学习学习...........
~~风云墙 我看强~~
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Posted: 2007-04-01 15:51 |
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