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俗语新解,用数学的眼光看世界

科学松鼠会  · 公众号  · 科学  · 2016-12-30 18:59

正文

方弦

松鼠名片

组合数学博士,目前在法国漂泊。希望能用文字告诉大家数学那晶莹而稳固的美,洗刷掉它枯燥的刻板印象。



很多俗语,其实都是人们对经验的概括。它们未必很准确,却总是有些道理。如果我们尝试用数学的眼光去分析这些俗语,又会得到什么结果呢?


上得山多终遇虎


靠山吃山靠水吃水,住在山边的人,馋了上山打猎,病了上山采药,总之是经常与大自然亲密接触。但是,在古代,环境还没有被破坏得这么厉害,山上有老虎是常有的事。尽管一只老虎的领地可达数平方公里,它也不是天天在领地闲逛,所以上山打一次猎遇到老虎的概率也不高。但对于那些天天上山打猎的老猎人来说,在职业生涯中一次老虎都没有遇到过,倒是件稀有的事。所谓“上得山多终遇虎”,大概就是指的这种情况。


假设猎人每次上山打猎,遇到老虎的概率是 p,也就是说遇不到老虎的概率是 1 - p。那么,在 m 次打猎中,每次都没有遇到过老虎的概率就是 (1 - p)^m。只要有可能遇到老虎(相当于说 p > 0),当 m 越来越大时,(1 - p)^m 就会越来越小,最终趋向于 0。也就是说,尽管每次倒霉遇上老虎的概率不高,但如果每天都去打猎的话,总有一天会倒霉的。


可能有人会反过来想:我每次买彩票,中头奖的概率都不是 0;那么,总有一天我会中头奖的。这种想法既对又不对。理论上来说,一直买下去的话的确总有一天会中奖,但是大概要买多少遍才会中头奖呢?以 36 选 7 为例,中头奖的概率是 1 / C(36, 7),所以大概要买 C(36, 7) 期会有一期中头奖,那是大概八百万期,也就是大概两万年。两万年后,福彩是否存在还是个问题。


而对于猎人来说,每次上山遇虎的概率显然没有那么低。要是听到虎啸也算遇虎的话,千分之一应该算是一个不错的估算。这样算来,大概打一千次猎就会有一次遇到老虎。对于经常上山的猎人来说,大概十多年就有这个数了,难怪“上得山多终遇虎”。


现在环境破坏得严重,要“遇虎”,大概只能到动物园去了,山里反倒非常安全。“盛世出猛虎”之类的,只能是笑话了。


数学博士眼中的云。


坐吃山空


“坐吃山空”,大概是告诫那些只愿吃闲饭不愿干活的人,无论家里有多少钱,总有一天要吃光的。


在忽略货币变化的前提下,假设家里的存款是 M,一顿饭只需要花费 m,这些存款也只能支撑 M/m 顿饭,也就是说人是不可能永远吃闲饭吃下去的。


用数学的语言来说,只要 m 不是 0,无论 m 多么小,将很多同样的 m 加起来,我们可以得到要多大有多大的数。这种性质叫做实数的阿基米德性质。


利用阿基米德性质,我们能解释 0.999... = 1 的问题。假设 p = 1 - 0.999... ,如果 p 不等于 0 的话,p 就是一个正实数。根据阿基米德性质,总存在一个整数 M,使得 M*p ≥ 1。于是 p ≤ 1/M,1 - 1/M ≥ 1 - p = 0.999... 。然而,这是不可能的,因为 1/M 总会在小数点后某一位开始非 0,导致 1 - 1/M 不等于 0.999... 。这个矛盾表明我们的假设是错误的,也就是说其实 0.999... = 1。







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