有一个无限大的棋盘,棋盘左下角有一个大小为 n 的阶梯形区域,其中最左下角的那个格子里有一枚棋子,如左图所示。你每次可以把一枚棋子“分裂”成两枚棋子,分别放在原位置的上边一格和右边一格。你的目的是通过有限次的操作,让整个阶梯里不再有任何棋子。下图所示的是 n = 2 时的一种解法。我们的问题是:对于哪些 n ,这个游戏是有解的?
在所有周长相等的长方形中,正方形拥有最大的面积;在所有周长相等的平面图形中,圆拥有最大的面积;在所有表面积相等的长方体中,正方体拥有最大的体积;在所有表面积相等的立体图形中,球拥有最大的体积。所有这类问题的答案都是越对称的图形越好吗? George Pólya 在 Mathematical Discovery 一书中的第 15 章里举了下面这个例子。
在给定圆周上选取四个点构成一个四边形,那么正方形的面积一定是最大的吗?答案是肯定的。只要有哪个点不在相邻两点之间的圆弧的中点处,我们都可以把它移动到这段圆弧的中点处,使得整个图形的面积变得更大。好了,我们现在的问题是,在球面上选取八个点构成一个顶点数为 8 的多面体,那么正方体一定是体积最大的吗?
假设你有 n 枚外观完全相同的硬币,它们的重量分别为 1g, 2g, 3g, …, ng 。有意思的是,这一次,你已经知道了各枚硬币的重量,而且你也已经把重量值标在了这些硬币上。但是,由于我不知道各枚硬币的重量,因此我希望你能向我证明,你所标的重量值是正确的(我知道这些硬币的重量是从 1 克到 n 克,我只是不知道哪个硬币对应哪个重量)。
你唯一能用的工具就是一架天平。每一次,你可以任意选择一枚或多枚硬币,放在天平的左侧,再从剩下的硬币中任意选择一枚或多枚硬币,放在天平的右侧(注意,你只能在天平上放硬币,不能放别的东西)。一个有意思的问题是,为了向我证明你所标的重量值都是对的,你最少需要使用多少次天平?
一个复原好的三阶魔方,现在假设按照某种既定的旋转规则一直转下去,比如横着转一下,在竖着转两下,然后再横着转一下,竖着转两下,一直持续下去,把这种旋转规则既定为A,我们知道在以A规则旋转后魔方前后六面的组合方式定然不同,但是要看A规则是怎样的了,比如也有可能执行N次A规则后魔方又复原,【比如竖着转魔方一边转4次魔方又复原了】,现在问题是如果正面拿着魔方一面,比如白色一面,一直持续的沿着顺时针的方向转一次白面的一边,那么到最后魔方会再次复原吗?
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