- 趣味魔術與數學故事
- (俄)別萊利曼著 余杰編譯
- 6879字
- 2021-10-29 18:07:07
3.吃早點時的猜猜看
“昨日有人給我出了道頗有趣的題,”吃早點的時候,兄長的同學說,“就是在紙上裁出10戈比大小的洞,要求將面值為50戈比的硬幣從這個洞投擲過去。而且出題的人還信誓旦旦,這個游戲可以玩成功。”
“那我們一起來試試看,這個游戲到底可不可以玩成功好不好?”兄長提議。接著他查了筆記本,又做了一番運算,才講道:“他說得沒錯,這個游戲可行。”
“這個游戲能玩嗎?我越發糊涂了。”兄長的這位同學不明就里嚷嚷開了。
“我有點懂了,”我見縫插針地說,“一共投擲5個10戈比硬幣不就好了嗎?”
“我要申明的是面額為50戈比的硬幣,并要將它從10戈比硬幣大小的洞投擲過去。”兄長嚴肅地糾正著我說法上的錯誤。
然后兄長自衣兜里取出2枚硬幣,并把面額為10戈比的硬幣放到了一張紙上,接著拿制圖筆按該硬幣的輪廓勾勒出了草圖(圖81),然后他借助削筆的小剪刀依圖裁出了洞。

圖81
“現在我們來讓面值為50戈比的硬幣從這個洞中穿過。”
我和兄長的同窗睜大眼睛,莫名其妙地看著兄長手中的紙。兄長把紙對折,讓所裁的洞頃刻間變成了一道狹長而窄小的縫。你們怎么也想不出,在看到面額為50戈比的硬幣自這樣的小縫鉆過去時,我們是怎樣地驚愕(圖82)!
“盡管我目睹了整個過程,可是我還是沒弄懂。所裁剪的那個洞的周長短于面值為50戈比的硬幣的周長!”兄長的同窗好友萬分不解地說。

圖82
“先看著,后面你自然會弄懂。根據我的經驗,面額為10戈比的硬幣的直線長度為毫米。但是這個洞的周長除以硬幣的直線長度等于
,換個說法,洞的周長超過54毫米。請小伙伴動腦筋考慮一下:在我對折裁出的這個洞時,它長幾毫米?該長度近似于洞周長的
,簡而言之,它的長度較之27毫米多一點兒。面額為50戈比的硬幣直線長度近似于27毫米,于是毫無懸念地50戈比的硬幣不管怎么樣都能從那個洞過去。不過,在具體操作時還要想到它的厚度。可是經過我的實際操作,也就是我沿著面額為10戈比的硬幣在紙上臨摹時,發現草圖上的10戈比硬幣的周長超出了硬幣本身的周長。這就意味著其厚度可以不予以考慮。”
“我總算搞懂了。”兄長的同窗好友激動地喊道,“倘若我用線套把一枚面額為50戈比的硬幣固定好,接著把線套整成線圈并加固好。很明顯,到時候面值為50戈比的硬幣僅能從線套穿進穿出,而不能自如地進出線圈。”
“我感覺你掌握了所有硬幣的尺碼。”小妹突然對兄長說。
“其實我不是牢記所有硬幣的尺寸,而僅熟記了其中較為容易記住的,其他的我都記在了本子上。”
“哪里有易于記下的?我看都很難。”
“那是因為你沒找到竅門,所以才認為太難,把3枚面額為50戈比的硬幣擺在一條線上量一量(圖83),你就會發現它們長8厘米,這個總該好記吧?”

圖83
“這個辦法我怎么就沒想出來呢。”兄長的同窗好友喃喃自語道,“掌握了這個方法,不就可把硬幣當測量工具使了嗎?如果是魯濱孫那樣的人,無意間從口袋里摸索出一枚50戈比硬幣,真的是很有用處的。”
“有位著名小說家儒勒·凡爾納所創作的小說里的主人公也用硬幣幫助自己,因為法國的硬幣與度量工具米尺間有某種聯系(比例關系)。你們還記不記得魯濱孫借助硬幣稱重的事?我們國家面額為1盧布的硬幣的重量為20克,面值為50戈比的硬幣重10克。”
“這么說面額為50戈比的硬幣的體積僅為幣值是1盧布的硬幣的?”小妹突然想到這么一個問題。
“沒錯。”
“可是幣值為1盧布的硬幣高度并非為面額是50戈比的硬幣高度的2倍,直線長度更不是它的2倍。”小妹說道。
“幣值為1盧布的硬幣并不能像你所想象地那么制造出來,否則面額為50戈比的硬幣的體積就不是它的,會變成……”
“就會是,這點我懂。”
“不對的,應該是。小妹,你想想假如50戈比的直線長度為一枚1盧布硬幣的
,那不用想,它的周長也會是它的
,高當然也為它的
,那么50戈比硬幣的體積就該是那枚1盧布硬幣的
對不對?”
“若想50戈比的硬幣體積為1盧布硬幣的,1盧布硬幣和50戈比的硬幣間的計算體積的參數就存在如下的聯系:把比例關系數字相乘3遍結果為2。”兄長的那位同窗好友講道。
“是的,他說的沒錯,50戈比和1盧布硬幣的比例為。計算結果為
。”
“那么真實的情形又會是什么樣的呢?”
“實質上也如同上面的計算結果,50戈比硬幣的直徑為1盧布硬幣的。”
“今天的事突然讓我想起了一個典故,說是某人在睡夢中,看見了一枚1 000盧布的硬幣,漸漸地這枚硬幣站起來了,站穩后同4層樓一樣齊。假若真的造出了那樣的硬幣,那它也比人的個頭矮。”兄長的同學說。
“沒錯,1盧布硬幣的直線長度僅為其,由于
,那就意味著,那枚硬幣豎起,人的個頭將是它的6倍——它僅有33厘米的高度,絕不可能是所講述的那個人夢中所看見的33米(圖84)。”兄長解釋道。
“自此我們可總結出如下的規律:若是有人比別人矮8倍,而且也比別人瘦8倍的話,那么我們據此可以推斷出他的重量為別人的。”
“這個結論沒問題。”
“侏儒的體重是巨人的幾分之幾呢?”小妹又提出了這么一個問題。“大概是吧?”

圖84
“不對,應該是幾百分之一!”兄長反駁道,“依照我所了解到的信息,世界上最高的人是一位阿爾薩斯人,他個頭高達275厘米。”
“而世界上最矮的人?”
“根據相關統計,成人中最矮的個子不足40厘米,簡而言之,最高的人是最矮的人個頭的7倍。換句話說,若同時將最高的人與最矮的人擱到秤盤上來稱重,就得在秤的另一頭的秤盤站343(7×7×7)個世界上最矮的人——這可是一大群。”
“說到這里,我想起了最近我所遇到的一道題,我把它告訴諸位還請大家幫忙。”小妹追述道,“市場的瓜攤上擺放著兩個個頭不一樣大的西瓜,其中一個的大小是另一個的,它的價錢是另一個的
。你們幾個說說買那個劃算(圖85)?”

圖85
“你來求解吧。”兄長對我說道。
“假若真的是小西瓜僅比大西瓜便宜,而大西瓜的個頭只是小西瓜的
,那么,當然是買小西瓜實惠些。”
“你沒明白我的意思!咱們眼下探討的話題為:倘若一件東西的長、厚、高都僅為另一物品的,則它的體積將是另一物品的
。換句話來說,要大西瓜合算些,小西瓜的價碼為大西瓜的
,但是它可以吃的地方只為大西瓜的
。”
“但是有個問題我還是沒弄明白,小西瓜售價為何是大西瓜的,而不是
?”兄長的同學不解地問。
“這緣于賣西瓜的不懂幾何。當然了,顧客也不清楚,因此才會做這些不合算的買賣。我要說明的是,買大西瓜一直就比買小西瓜合算,買主往往會錯誤地估計大西瓜的實用價值,而多數顧客顯然也沒發現存在這一問題。”
“那可以此類推,個頭大的雞蛋就比個頭小的雞蛋實用價值大?”
“自然是個頭大的雞蛋要價低。但是,德國的賣主往往要比我國的賣主聰明:他們依雞蛋的重量確定價碼。那樣的話,就不存在錯誤地估計價格的問題,是不是?”
“喔,我忽然聯想到了別人給我講的一道題,當時我沒有解答出來。”兄長的同學冷不丁地冒出這么一句,“題目是:有人碰到一個捕魚的人,就問他捉了幾條魚,只聽那位捕魚人說:‘所有魚體重的另加
千克。’那么,所有魚的體重為多少?”
“啊,這題不繁復。”兄長自信滿滿地講道,“很明顯,所有魚體重的恰好為
千克。
千克乘以4便為所有魚的體重,即3千克。我給你們幾個出道有些難度的題目好不好?你們幾個說說在世上生活的眾人當中,有沒有頭發數量相同的人?”
“我先來回答,我要說的是這個世界上所有禿頂的人,他們的頭發一樣多。”我忙不迭地說道。
“那么那些不是禿頂的人的情況又如何呢?”
“不是禿頂的人的頭發數量是不是相同,這可就很難說了。”
“我的問題不但包括那些謝頂的人,而且我更想知道在我們國家的首都存在不存在頭發一樣多的人?”兄長進一步闡述道。
“我要說的是,就算這樣的人存在,那也是很偶然的事。從理論上而言有存在的可能,可是我能拿出1000盧布跟別人較勁兒,別說在我們的首都呢,就算尋遍整個人間恐怕未必會找到頭發數量一樣的兩個人。”
“若換作我,我掏1戈比跟人較勁兒都覺著不劃算,你花錢給自己買失敗。我雖不敢說很容易地就找到頭發數量相同的兩個人,可是我能肯定地說在我們所在的城市(莫斯科)有上萬甚至數十萬頭發一樣多的人存在。”
“這怎么會呢?光莫斯科就有幾十萬頭發數量一樣多的人?這太難以置信了。”
“我不是在跟你們講笑話。拜托你們好好動動自己的腦子,想想看,在我們生活的這座城市的人和人頭上的頭發多到底哪個多?”
“這還用說嗎?肯定是人多。可是這兩者之間又有什么關聯呢?”
“想知道它們間的聯系,就聽我一一道來。若要說是莫斯科的人比每個人的頭發多,這么一來難免會多算頭發。一般人們以為,一個人大概有20萬根發絲,可這個數量僅為人口數量的。比如說前20萬本城人的頭發數量不一致,那么第二十萬零一個人的頭發數又如何呢?無論你相信不相信,不可否認的是,此人的頭發數同前面的那20萬人的頭發數確實一致,不管怎樣,他的頭發數目都超不過20萬根對不對?整體而言,第二批的20萬人中,每個人的頭發數難免會和前面那20萬人的相一致。打個比方說,就算我們的城市僅有40萬人,那也會有20萬組人的頭發數一模一樣。”
“我現在才清楚自己究竟錯在了何處,我疏忽大意了。”小妹感慨道。
“我們繼續。”兄長接著說,“有條河的兩岸分別矗立著一座城市,它們之間的距離有如下的關系:輪船順流而下需4個小時,逆流就得花6個小時。那么,一塊木材漂到對岸費時多少?我看還是由你來解答較為合適。”兄長對我說道,“你不是學過分數了嗎?這也就意味著這道題你是可以求的。下面大家一起來玩數字游戲,我來當分析判斷的人。你們盡可能地展開你們豐富的想象,想到什么數字就是什么數字,然后用該數字與9相乘,再由結果中去掉0與9之外的任何一位數字,接著把其余的數字以任意順序誦讀出來,我便可知道你們去掉的數字為幾。”
我們一一將我們保留的數字誦讀給兄長,每次我們一讀完,他都能迅速講出我們去掉的數字。
“好了,我們來玩點其他的。說出一個數字,接著在該數字末尾加上0,然后減該數字后加63。一切就緒了沒有?下面的游戲規則同上,在求得的值內去掉任意一個數字,把其余的數字讀給我。”兄長并未詳細講解其中所包含的原理,就接著說下去了。
大家依照他的提議開始了游戲——兄長無一差錯地講出了大家去掉的數字。
“隨便你們誰,就拿你來說吧,”兄長沖著我講,“隨便寫一個我不清楚的3位數,再在其后增加剛寫的3位數,接著拿那個6位數去除7。”
“你說得輕巧:用它們去除7……除不盡怎么辦?”
“你就把心放到肚子里面吧,這個除法運算產生不了余數。得出求解的值后告訴小妹。”
經過我們的計算,用那個6位數去除7還真的沒有余數。我將列有運算過程的紙遞給了小妹。
“你嘛,就用運算的值去除11。”兄長給小妹布置了新的任務。
“也是能除盡而沒有余數?”
“當然,你瞧,是不是可以除盡?別把數字遞給我,傳遞下去。”
兄長請自己的同窗好友用該數字去除13。
“怎么?又是可以除盡?”
“是的,預備,開始!”
兄長自好友那里取來了運算結果,連一眼都不瞧,就把那頁紙放到了我的手里,接著說:“它就是你說出來的數字。”
我手忙腳亂地打開那頁紙,發現果真是我最初說的那個數字。
“你好厲害!”小妹叫道。
“這是一個非常神奇的算術游戲。可是真相就如同令人眼花繚亂的魔術表演一樣得平淡無奇。下面我們來玩這么一個游戲,題目是讓你們寫下3個多位數,可是我能在你們寫出前2個之前就告訴你們其和為幾。不信就隨便寫個5位數試試。”兄長沖著我說道。
我也不甘示弱,大筆一揮就寫了67 834。兄長接過紙留出另兩個加數的位置,畫了道橫杠,一揮而就寫好了3個多位數的和。
(本人)67 834
——
(兄長)167 833
“你們3個隨便出來個人書寫另一個多位數,剩下的那個我自己寫。”
兄長的同學拿過那頁紙寫下了下面的那個數字:
(本人)67 834
(兄長的同窗)39 458
——
(兄長)167 833
兄長立馬上前書下了如下的數字:
(本人)67 834
(兄長的同學)39 458
(兄長)60 541
——
(兄長)167 833
經過我們的驗算,沒問題!
“你是很快求得前2個數之和,并從最終的結果中減掉它們而算出第三個多位數的嗎?”
“非也,我還沒掌握速算的技能。但是,我可以用5位數玩這樣的游戲。假如你們有興趣,別說5位數,就是8位數也行。”
兄長說到做到。下面就是有關這個游戲的運算值,我們為了便于讀者閱讀用數字標明了順序:
(本人)23 479 853
(兄長的同窗)72 342 186
(小妹)58 667 783
(兄長)41 332 216
(兄長)27 657 813
——
(兄長)223 479 851
我在紙片上寫上了第一個8位數,兄長就寫下了幾個數之和。
“你們會不會覺得,我算出了這么龐大的和,就是減去已有的多位數,然后拆分成空缺的多位數對吧?其實,你們想得過于復雜了,我堅信,你們閑暇時仔細琢磨一番,就不難發現其中的玄機。”
“明日我將要去我國的首都,在車上我可以通過玩這些數字游戲來消磨時光。”兄長的好友道。
“我再給你說幾個數字游戲題,幫你排遣旅途中的寂寞。比如說諸位見過這樣的數字游戲嗎?將數字7用5個2表達出來。”
“有這樣的題?變魔術才可能變出來吧?”
“你說錯了,這不是魔術而是數字游戲。簡而言之,在算式右側2出現的次數僅限于5次,組合抑或單獨運用均可,用加減乘除符號將它們連接起來,最終左邊的值要為7。我就給你們透露一下答案,如此一來你們就不會再對這樣的題手足無措了。其余的就看你們自己的了。拿5個2完成結果為7的式子,你們可以這樣寫:。”
“噢,我明白了。它還可以用如下的式子表示:。”
“是的,看來你已經掌握了解決這類問題的秘訣。那么就請計算以下的這些題目:用5個2表示28;用5個3表示100;用5個5表示100;用4個2表示23;用5個1表示100;用4個10表示100。”
“聽說你能用火柴棍做一些游戲,能否露一手讓我一飽眼福?”兄長的同學提議。
“沒問題,我記得前一陣子在你家玩過,對不對?”
兄長拿了8根火柴順勢排開,如圖86。而后說他待會兒去相鄰的房間,回來后便可判斷出他離開后我和他的同窗及小妹選出的火柴。唯一要留意的是挑選火柴者得用手觸碰該火柴棒。同時,誰也不能亂動火柴,讓其他火柴保持原狀。
待兄長離開后,大家用心關好了門,我甚至不忘拿張紙堵上鎖孔。小妹用手指碰了其中一根,接著我們便沖著墻那邊的兄長叫:“好了,可以過來了!”

圖86
我和小妹甚是納悶,兄長的同窗時而詫異,時而大笑,可是我們幾個都迫切想知道這個游戲的奧秘。
“是時候告訴你們這個游戲的秘密了,”兄長看出了我們的心思,“首先我要隆重地向大家介紹幫助我完成此魔術的朋友,”兄長對著同窗自豪地說,“這是一幅以火柴棒搭出的他的形象。盡管只是相像,可是還是能夠分辨出來:這兩根火柴是眼睛,那里是前額,兩只耳朵在這里,那是鼻子、嘴、下頜、頭發(圖87)。回到房間,我首先要瞧瞧幫助我的朋友,他不是輕撫下頜就是眨巴眼睛,要么就是抓鼻子……盡管他提供給我的信息非常有限,但已經幫了我大忙。據此我便可輕而易舉地推斷出,你們幾位挑選的是那根火柴棒。”
“哇!你們倆居然串通一氣!”小妹笑著對那位朋友說,“要是我早點兒知道你是內奸的話,我準會防著你的。”
“若果真如此,我可就推斷不出嘍。”兄長坦言道,“是時候結束了,這頓飯吃得太久了。”
大家是否很好奇兄長預留的那些題目的解法?
那道輪船與木板的題是這樣的。若是輪船順流而下費時4小時,于是每小時的航程便為此間距的。而若是逆行,則船速便是間距的
。很明顯,若以間距的
與間距的
相減,所得結果的
便為河水的流速,間距的
就意味著其為船速與水速之和,另外,間距乘以
等于船速與水速之差;船速大于水速的部分為2倍的水速。大家都清楚與的
差
為
,而
的
為
。也就是,水速等于兩城間距乘以
,換而言之,流完全程需用時一晝夜(24小時)。其也是木板順流而下所需的工夫。

圖87
還記得那道撇開數字的題目嗎?那道題以這樣的事實為基礎:任意一個能被9整除的數所包含的數字相加后的結果也是能被9整除的。首先我們用自己想到的數與9相乘,顯然,此數中含有的數字相加后也可被9整除。明白了這個道理后,我們可不費吹灰之力地判斷出,已給的數里添加了怎樣的數字,方可使所得到的數中的各個數字相加后能被9整除。假如撇去數字9與0,一點也不干涉所剩數字相加的后能被9整除,這就是不舍棄這兩個數字的理由。
另外,如果先給我們想到的數字10倍(多了一個0),接著我們從所求值中刨去那個數字。那樣一來就等于是給那個數字與9相乘了。加上的數63也能被9整除,所以沒有影響。其他的也無須我多言了。
還有一個數字游戲,即除以7,11與13的數字游戲,似乎很難,其實并非如此也。如果大家于一個三位數后續上這個數,就是將該數與1 001相乘了。大家一起來看個具體的例子吧:

但是7×11×13=1 001對不對?那么,大家一一求初始數字與7、11及13的商,就是求與1 001的商,所得到的值便是原先的那個數字。
大家也不會忘了那道判斷總和的題目,其實那道題目也并不是那么神秘的,可是我得提醒諸位:首先,兄長寫的總和減去我選擇的那個數字等于99 999(167 833-67 834),也就是說得加上99 999,其實就是100 000減去1。在兄長的同窗大筆一揮寫下39 458后,兄長選的那個數與他同窗選的數之和便為99 999。其實這里面也沒有什么奧秘,僅需以9與各個數字求差即可。
另外,我要說的是這種被兄長采用的方法與前一種辦法相似,只不過是最后的結果多了2與99 999相乘,即僅需每一個加數求和后多2個999 999 999就行了。
最后我將那道題目的求解過程告訴大家:

