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二年級(jí)趣味數(shù)學(xué):按遺囑分馬

來(lái)源:數(shù)學(xué)專業(yè)網(wǎng) 2008-05-07 17:53:31

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   有一位老人,他有三個(gè)兒子和十七匹馬。他在臨終前對(duì)他的兒子們說(shuō):“我已經(jīng)寫(xiě)好了遺囑,我把馬留給你們,你們一定要按我的要求去分!

    老人去世后,三兄弟看到了遺囑。遺囑上寫(xiě)著:“我把十七匹馬全都留給我的三個(gè)兒子。長(zhǎng)子得一半,次子得三分之一,給幼子九分之一。不許流血,不許殺馬。你們必須遵從父親的遺愿!”

    這三個(gè)兄弟迷惑不解。盡管他們?cè)趯W(xué)校里學(xué)習(xí)成績(jī)都不錯(cuò),可是他們還是不會(huì)用17除以2、用17除以3、用17除以9,又不讓馬流血。于是他們就去請(qǐng)教當(dāng)?shù)匾晃还J(rèn)的智者。這位智者看了遺囑以后說(shuō):“我借給你們一匹馬,去按你們父親的遺愿分吧!”

    老人原有17匹馬,加上智者借給的一匹,一共18匹。于是三兄弟按照18匹馬的一半、三分之一和九分之一,分別得到了九匹、六匹和兩匹。9+6+2=17(匹)。還剩下一匹,是智者借給的那匹,還給智者。

    到這兒,這個(gè)故事就結(jié)束了。

    不同意這種結(jié)果的同學(xué)的意見(jiàn)在于:遺囑所說(shuō)的一半、三分之一和九分之一,都是相對(duì)于17匹馬來(lái)說(shuō)的,并不是對(duì)18匹馬來(lái)說(shuō)的,因而智者把自己的一匹馬借給三兄弟再按一半、三分之一和九分之一去分,不符合遺囑原意。

    筆者認(rèn)為,這部分同學(xué)之所以不同意故事的結(jié)局,是由于對(duì)遺囑的要求掌握得不夠全面造成的。筆者要說(shuō)明,智者的辦法確實(shí)是個(gè)好辦法。遺囑沒(méi)有錯(cuò);智者的辦法也不光是一個(gè)智力游戲,在數(shù)學(xué)上也是完全合理的。

    為此,我們先指出一個(gè)事實(shí),即:

         1/2+1/3+1/9=17/18<1

    這就是說(shuō):假設(shè)姑且不考慮老人關(guān)于不許流血、不許殺馬的要求,硬把17匹馬的一半、三分之一和九分之一分給三個(gè)兄弟,那么,并沒(méi)有把17匹馬全部分完,還剩下17匹馬的1/18沒(méi)有分。

    于是我們要考慮一個(gè)問(wèn)題:老人的遺囑是只把17匹馬的一半、三分之一和九分之一分給三個(gè)兒子嗎?如果是,那么剩下的17/18匹給誰(shuí)呢?

    按遺囑中關(guān)于把17匹馬全部留給三個(gè)兒子的要求,剩下的這些馬還應(yīng)繼續(xù)分給三兄弟,而且還應(yīng)該給老大一半,給老二三分之一,給老三九分之一,而且任何有限次總也無(wú)法把17匹馬全部分完。

    仔細(xì)研究老人的遺囑可以發(fā)現(xiàn),老人的遺囑實(shí)際上包含三點(diǎn)要求:第一,把17匹馬全部都分給三個(gè)兒子;第二,每給老大一半,就要給老二三分之一、給老三九分之一,所以實(shí)際上是要按照1/2∶1/3∶1/9這樣的比例進(jìn)行分配,而不是只把17匹馬的1/2,1/3,1/9分給三個(gè)兒子;第三,不許讓馬流血。

    一個(gè)分配方案,只要滿足上述條件,就是符合遺囑要求的方案。

    老人自己家有17匹馬,加上智者借給的一匹,一共十八匹馬。按18匹馬的1/2, 1/3,1/9分給三個(gè)兄弟,三個(gè)兄弟所得的馬的匹數(shù)當(dāng)然符合1/2∶1/3∶1/9的比例(符合上述第二條要求),而三個(gè)兄弟分別得到的9匹、6匹和2匹之和,恰好是17匹(符合上述第一條要求),又沒(méi)讓馬流血(符合上述第三條要求),所以智者的辦法是完全符合老人遺囑要求的。

    不借用智者的一匹馬也可以執(zhí)行老人的遺囑。為此,把1/2∶1/3∶1/9化簡(jiǎn)可得   9∶6∶2, 恰好有9+6+2=17?梢(jiàn),分給長(zhǎng)子9匹、次子6匹、幼子2匹,既恰好把17匹馬全都分完,又符合1/2∶1/3∶1/9的比例,又沒(méi)有讓馬流血,所以完全合乎老人遺囑的要求。

    還用一種不借用智者的一匹馬也能執(zhí)行老人遺囑的辦法:

    假如先不考慮老人關(guān)于不許殺馬的要求,而硬把17匹馬的一半、三分之一和九分之一分別分給三兄弟,完成第一次分配;第一次分配后剩下一部分馬,再把剩下的這部分馬的一半、三分之一和九分之一分別分給三兄弟,完成第二次分配;第二次分配后還剩下一部分,再把剩下的這部分馬的一半、三分之一和九分之一分別分給三兄弟,完成第三次分配。照此辦理,任何有限次分配總不能把17匹馬全部分完。而無(wú)窮無(wú)盡地分下去,三個(gè)兄弟所分得的馬各是一個(gè)無(wú)窮級(jí)數(shù)的和,或者說(shuō)各是一個(gè)無(wú)窮遞縮等比數(shù)列各項(xiàng)的和。這三個(gè)無(wú)窮遞縮等比數(shù)列的首項(xiàng)分別是17/2,    17/3,17/9,公比都是1/18,按照無(wú)窮遞縮等比數(shù)列的各項(xiàng)和公式可以算出,三兄弟每人分得的馬分別為:9匹,6匹,2匹。        
 
    先進(jìn)行分析和計(jì)算,不要認(rèn)真地動(dòng)刀進(jìn)行一次又一次的分配,等到算出了三兄弟每人經(jīng)過(guò)無(wú)窮無(wú)盡、一次又一次的分配后所分別能夠得到的馬的總匹數(shù)后再統(tǒng)一一次性地分配,就既用不著殺馬,又恰好把17匹馬全部按老人的遺囑所規(guī)定的比例分完,不拆不扣地執(zhí)行了老人的遺囑。

    從上面幾種解法來(lái)看,智者的辦法計(jì)算起來(lái)比較簡(jiǎn)單,因而確實(shí)稱得上是一種十分巧妙的辦法。

    分馬的故事,據(jù)說(shuō)已經(jīng)在全世界流傳上千年之久了。在流傳過(guò)程中有一些變化。例如,有一本書(shū)講到這個(gè)故事時(shí),講的就是老人共有十九匹馬,遺囑要求分給長(zhǎng)子二分之一,分給次子四分之一,分給幼子五分之一。處理辦法也是從別人家借來(lái)一匹馬,分完再還給人家。

    張景中老師所著《數(shù)學(xué)傳奇》一書(shū)指出,像上面這樣改變一下數(shù)字的,一共可以有七種變化,就是說(shuō),這個(gè)故事可以有七種講法。如果在每一種講法中把馬的總匹數(shù)記為n ,把三兄弟分得的比例記為1/X∶1/Y∶1/Z, 則可以列表如下: 

講法
   ①
   ②
   ③
   ④
   ⑤
   ⑥
   ⑦
   
X
   
2
   
2
   
2
   
2
   
2
   
2
   
2
   
Y
   
3
   
3
   
3
   
3
   
4
   
4
   
4
   
Z
   
7
   
8
   
9
   
12
   
5
   
6
   
8
   
n
   
41
   
23
   
17
   
11
   
19
   
11
   
7

    上述七種講法都是關(guān)于可以用“借來(lái)一匹馬,按規(guī)定的比例分配后恰好剩下一匹,再還回去”的辦法來(lái)解的。按本節(jié)前面所述,這些講法都是合理的。

    筆者還聽(tīng)到過(guò)這樣一種講法:老人共有十七匹馬,臨終前他留下遺囑說(shuō)把一半給長(zhǎng)子;長(zhǎng)子取走后,把剩下的一半給次子;次子取走后把剩下的一半給幼子。 遺囑也要求把十七匹馬都分給三個(gè)兒子,而且不許殺馬.

    答案說(shuō):先從鄰居家借來(lái)一匹馬,變成18匹,老大取走一半(即9匹),還剩9匹。然后再?gòu)泥従蛹医鑱?lái)一匹馬,變成10匹,老二取走一半(即5匹),還剩5匹。然后又從鄰居家借來(lái)一匹馬,變成6匹,老三取走一半(即3匹)。最后剩下3匹還給鄰居。

    這種講法也很有趣,可是在筆者看來(lái),這種講法在數(shù)學(xué)上就不如上面列出的七種講法那么合理了;雖然也把17匹馬都分給了三個(gè)兒子,而且沒(méi)有殺馬,但是三次借馬湊出三個(gè)二分之一,很難說(shuō)是符合遺囑要求的。因而這種講法只能算是一個(gè)智力游戲,算不上真正的數(shù)學(xué)。

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