數學大玩家劉卡
衆所周知,陳省身先生(原籍浙江嘉興晚年定居天津)是20世紀幾位屈指可數的大數學家之一,他生前曾說過一句名言:“數學好玩”,經常被人引用。陳先生早年出國深造,又曾得過世界級的大獎,此話當然有感而發,并非戲言.
法國數學家劉卡〔别譯魯卡斯(EdouardLucas,1842~1891)]就是一個很生動的例子,此人青史留名,有不少重要建樹,例如劉卡數列、劉卡素性判定法等。對素數有深入研究,然而他為人卻很诙諧,富有童心,尤其對數學遊戲情有獨鐘,曾提出過著名的夫妻圍坐圓桌的問題,引起許多學者的興趣.
1789年,發生了法國大革命,巴士底獄被打開,死囚們全部放出,國王路易十六與他的王後卻被送上了斷頭台,社會上發生了翻天覆地的變化從此以後,社會上就流行起了一種“黑白易位”遊戲,
不論是棋盤的形狀與棋子的擺法都非常對稱,給人們的第一個印象就是吸引眼球!黑白棋子各24枚,中間留出一個空檔作調動棋子之用.不要小觑它,或走或跳,它都起着關鍵性的作用(圖5-11).
圖5-11黑白易位
規定白子隻能從左到右地走或跳(跳法隻能隔一跳一,前方必須有空檔)。或者從上到下地走或跳;黑子則恰恰相反,隻能從右到左或從下到上,要求用最少的步數,使黑白棋子互相交換位置,你能辦到嗎?無疑,這道怪題很像一頭下山的吊睛白額猛虎,誰能做打虎的武松呢?
劉卡的想法與衆不同,他認為,不應該盲目地亂來一通(絕大多數人都是這樣搞的),而是應該先從解剖麻雀着手,把問題的複雜度大大降低。
他把二維降為一維,平面變成直線,果斷地先來解決狹長棋盤上的類似問題(圖5-12).
圖5-12問題的簡化
這一來,問題的難度大大降低了,任何人都可以動手躍躍欲試,各有各的解法,所謂“蟹有蟹路,蝦有蝦道”,不必強求一緻可是,劉卡的解法卻是高人一等的,在他的解法中凸現了數學美何以見得,不妨讓我們來看看他的辦法:
共需15步,其中走6步,跳9步,全都是3的倍數,這就是最優解了。問題已告解決,但劉卡并未到此止步。他把狹長棋盤的7個格子,用自然數1,2,3,4,5,6,7來編号(圖5-13):
圖5-13把棋盤編号
劉卡反問自己:“我用黑、白兩子或走或跳作記錄。這種辦法是不是太笨拙了?棋盤上的空格不是隻有一個嗎?走也罷,跳也罷,每動一步,空穴的位置就相應地搬了家。其實,隻要把空穴的移動記錄下來,什麼問題都解決了!”
想到這裡,他猛然開竅,當下拍案而起。一面哈哈大笑、立即寫下了空穴的流動記錄:
3,5,6,4,2,1,3,5,7,6,4,2,3,5,4.
時至今日,研究固體物理的學者們都知道半導體有p型與n型之分,可以制成pnp型或npn型的半導體三極管,“空穴流轉”學說正是半導體理論的精妙之處,而早在200多年以前劉卡就從數學遊戲中“領悟”出了它的存在與作用,真是妙不可言。數理相通,兩者本是一體啊。
現在可以回過頭來解決法國大革命時流傳下來的“黑白易位”大難題了。從“空穴流動”記法中截頭去尾,好比揚州名菜“紅樓宴”中,隻取菜心,留下來的
2,1,3,5,7,6,4
的7個空穴,不是正好不重不漏地遍布于中央一列(自左至右算是第四縱列)嗎?因而立即想出了全盤解決之道:先處理中央列,走過4步以後,等到空穴2出現時,就将第二行全部進行黑白易位,接下來對1,3,5,7,6,4行作類似處理。最後再解決中央列的剩餘部分。不難看出。所有的移位辦法都是基本雷同的,輕而易舉,不會出錯.
總共需要8x15=120步,就能完成任務。水平方向的移動需要做7次而垂直方向的移動隻要做1次。
當然也可将“水平”和“垂直”交換地位,照樣可以解決問題從頭到腳,體現出“對稱”的美妙來.
以上内容摘自《數學不了情》,著者談祥柏。
特别收錄法國大革命的兩句話
風雲際會的時代,總有太多的情感用以宣洩,太多的語言用來鋪排,但對于人道與暴虐、高尚與卑鄙糾纏不休的“大革命”,隻用兩句話就夠了——這兩句話,出自兩個女人之口……
瑪麗·安托内特(Marie Antoinette,1755-1793),路易十六的王後,一個因後世極力渲染的無知而載入史冊的婦人。
及天下慌亂,百姓餓死,帝曰:何不食肉糜?
——《晉書·惠帝紀》
不知時宜的大臣:殿下,路有餓殍,面包不得而食。
縱情深色的王後:那就讓他們吃蛋糕。
……
“要是沒有面包,那就讓他們吃蛋糕”(S'ils n'ont pas de pain,qu'ils mangent de la brioche)——這句話足以賦予一場“革命”所需的全部正義。
1793年11月8日,“吉倫特的無冕女王”——羅蘭夫人(Madame Roland,1754-1793)被昨日并肩戰鬥的“革命戰友”,今天的“共和國的獨裁者”送上了斷頭台。
無恥的女人,滾上斷頭台!——“革命廣場”上萬衆歡騰,看客們渴望又一個帶血的頭顱。
羅蘭夫人環顧斷頭台下的人群,良久,留下了她的遺言——“啟蒙世紀”(Le Siècle des Lumières)的遺言:
O Liberté,que de crimes on commet en ton nom!
自由啊,多少罪孽假汝之名!
以上内容摘自《德爾斐的囚徒》,李輕舟著。
問題的簡化和答案解析基本型詳解
從基本型獲得啟發
解題計劃
開局
解決第二行
再解決第一行
再解決第三行
再解決第五行
再解決第七行
再解決第六行
再解決第四行
調整中央第四列的思路
大結局
總結:
劉卡(有的資料把他的名字譯作柳卡)的降維打擊使問題得到了簡化。二維降為一維,複雜化為簡單。
觀察基本型的數字記法,獲得啟發。像古代寫作八股文一樣,合理規劃,注意關鍵處的“起承轉合”(指做八股文的一種公式,即所謂“起要平起,承要春容,轉要變化,合要淵永”),統籌兼顧,最終優雅地解決問題。
此刻,想起了傳統智力遊戲——三國華容道。橫刀立馬是華容道的一種經典開局。請看下圖:
解法
還是同樣的開局。不過,華容道感覺更有趣,難度也更大。
數學的範疇極為廣闊,天地萬物,無所不包。棋牌遊戲,各種智力遊戲都蘊含其中。
科學尚未普及,媒體還需努力。感謝閱讀,再見。
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