奇數與偶數概念的應用:一個遊戲問題

2021-02-15 算法與數學之美

奧數隻適合5%最優秀的學生,本專欄是為另外95%的學生寫的。

奇數與偶數是小學數學的兩個基本概念,理解也很容易。奇數指不成雙的數,如1、3、5、7等;偶數指成雙的數,如2、4、6、8等。

下面的趣味問題是本人受兒童遊戲泡泡龍的啟發改編的,問題的解決只需要用到奇數和偶數的概念。問題如下:

有100個龍、101個鳳和102個凰,它們兩兩隨機相碰,當同種動物相碰時不發生變化,當不同動物相碰時自身消失,變成另一種動物,例如一個龍和一個鳳相碰自身消失,變成一個凰。最後只剩下一種動物,問最後剩下的是哪種動物?

註:鳳凰(Chinese phoenix)和麒麟一樣,是雌雄統稱,雄為鳳,雌為凰。

    解答這類題,不能用特殊代替一般,比如用一種特殊的碰法得到一個結果,並不能說明所有碰法都一定得到這個結果,要用一般的方法得到結果。當然,特殊法對解決問題是一種很好的提示。

(一) 首先,我們觀察到,龍和凰的個數是偶數,而鳳的個數是奇數。

(二) 其次,我們觀察在相碰的過程中各種動物奇、偶數的變化。當龍和鳳相碰時,它們同時減少1個,而凰增加1個,這時龍和鳳的個數還是一個為奇數、一個為偶數,而凰的個數變成奇數,也可以說,龍和凰的個數都變成了奇數,而龍和鳳、鳳和凰的奇偶性同時發生了變化,所以龍和鳳、鳳和凰的奇偶性是不同的。

(三) 觀察龍和凰相碰、鳳和凰相碰,仍然可以得出上述結論,即龍和鳳、鳳和凰的奇偶性總是不同的,而龍和凰要麼同時為偶數,要麼同時為奇數。

(四) 由於碰1次就要減少1個動物,而動物的總數是一定的,所以最後剩下一種動物時,動物的數量就不會發生變化。

(五) 由上面的分析,當兩種動物消失時,它們的個數同時變成0(偶數),那麼只有一種可能:龍和凰消失(變成偶數0),只剩下鳳,而且鳳的個數為奇數。

整個問題的解決,其實僅僅用到奇數和偶數的概念,都是小學數學的基本概念。不過要做一點變通,似乎說成「相對奇偶性」更恰當一些,如龍和凰的相對奇偶性總是相同的,而龍和鳳、鳳和凰的相對奇偶性總是不同的。

對這個問題還可以深究下去,如剩下的鳳的個數到底是多少個?剩下的每種個數的鳳的可能性有多大?前一個問題可以用不定方程求解,後一個問題涉及概率的計算,都超出本專欄的範圍,有興趣的讀者可以參閱本人為大學電子信息類寫的教科書:《隨機信號分析——理論與實踐》(王仕奎編著,東南大學出版社,2016年8月):第11頁例1.5。

王仕奎老師其他文章:高觀點下的數學問題解決方法

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