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奇数与偶数概念的应用:一个游戏问题

算法与数学之美  · 公众号  · 算法 数学  · 2016-10-11 22:33

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奥数只适合5%最优秀的学生,本专栏是为另外95%的学生写的。

奇数与偶数是小学数学的两个基本概念,理解也很容易。奇数指不成双的数,如 1 3 5 7 等;偶数指成双的数,如 2 4 6 8 等。

下面的趣味问题是本人受儿童游戏泡泡龙的启发改编的,问题的解决只需要用到奇数和偶数的概念。问题如下:

有100个龙、101个凤和102个凰,它们两两随机相碰,当同种动物相碰时不发生变化,当不同动物相碰时自身消失,变成另一种动物,例如一个龙和一个凤相碰自身消失,变成一个凰。最后只剩下一种动物,问最后剩下的是哪种动物?

注:凤凰(Chinese phoenix)和麒麟一样,是雌雄统称,雄为凤,雌为凰。

解答这类题,不能用特殊代替一般,比如用一种特殊的碰法得到一个结果,并不能说明所有碰法都一定得到这个结果,要用一般的方法得到结果。当然,特殊法对解决问题是一种很好的提示。

( ) 首先,我们观察到,龙和凰的个数是偶数,而凤的个数是奇数。

( ) 其次,我们观察在相碰的过程中各种动物奇、偶数的变化。当龙和凤相碰时,它们同时减少 1 个,而凰增加 1 个,这时龙和凤的个数还是一个为奇数、一个为偶数,而凰的个数变成奇数,也可以说,龙和凰的个数都变成了奇数,而龙和凤、凤和凰的奇偶性同时发生了变化,所以龙和凤、凤和凰的奇偶性是不同的。

( ) 观察龙和凰相碰、凤和凰相碰,仍然可以得出上述结论,即龙和凤、凤和凰的奇偶性总是不同的,而龙和凰要么同时为偶数,要么同时为奇数。

( ) 由于碰 1 次就要减少 1 个动物,而动物的总数是一定的,所以最后剩下一种动物时,动物的数量就不会发生变化。

( ) 由上面的分析,当两种动物消失时,它们的个数同时变成 0( 偶数 ) ,那么只有一种可能:龙和凰消失 ( 变成偶数 0) ,只剩下凤,而且凤的个数为奇数。

整个问题的解决,其实仅仅用到奇数和偶数的概念,都是小学数学的基本概念。不过要做一点变通,似乎说成“相对奇偶性”更恰当一些,如龙和凰的相对奇偶性总是相同的,而龙和凤、凤和凰的相对奇偶性总是不同的。

对这个问题还可以深究下去,如剩下的凤的个数到底是多少个?剩下的每种个数的凤的可能性有多大?前一个问题可以用不定方程求解,后一个问题涉及概率的计算,都超出本专栏的范围,有兴趣的读者可以参阅本人为大学电子信息类写的教科书:《随机信号分析——理论与实践》 ( 王仕奎编著,东南大学出版社, 2016 8 ) :第 11 页例 1.5

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