小升初趣味奧數(shù)故事:報錯的嬰兒
來源:石家莊奧數(shù)網(wǎng)整理 2011-11-14 10:12:03
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在某個醫(yī)院,四個嬰兒的身份標簽被搞錯了。兩個嬰兒的標簽不錯,其他兩個嬰兒的標簽弄錯了。發(fā)生這種錯誤的情況有多少種?
一種簡單的計算方法是把所有可能的情況列成一個表格,其結(jié)果表明兩個嬰兒搞錯的情況共有六種。現(xiàn)在假設(shè)標簽搞亂了后,恰有三個是正確的,只有一個搞錯了,問這個問題有多少種不同情況?你是否用列表的方法求解?還是憑靈機一動想出來的?
A B D C
A D C B
A C B D
D B C A
C B A D
B A C D
這個問題許多人都茫然不解,其原因是他們作了下列錯誤的假設(shè):在四個嬰兒中,三個嬰兒與其標簽相符的情況有許多種。但是你如果用“鴿籠原理”思索一下,情況就一清二楚了。假設(shè)有四個鴿籠,一一標出應(yīng)放物品的名稱。若三樣物品都放在了正確的位置中,那么第四樣物品只有一處可放,自然該處即為那件物品應(yīng)放的位置,正確的可能只有一種,即所有四樣物品都放置恰當(dāng)這一情況,而不可能有其他更多的情況。一般地,如果 n 件物品,其中已經(jīng)有 n-1件放對了地方,那么剩下的一件也必定放置在正確的位置上了。
有一個關(guān)于三樣?xùn)|西都標簽錯誤的古典問題。一旦領(lǐng)悟到可以把情況的數(shù)目縮小為1,這個問題也就迎刃而解了。設(shè)在桌子上有三個蓋著蓋子的盒子,其中一個盒子內(nèi)有兩粒綠豆,第二個盒子內(nèi)有兩粒紅豆,另一個盒子內(nèi)有一粒綠豆和一粒紅豆,三個盒子蓋子上分別寫著“紅豆”,“紅綠豆”和“綠豆”,但是所有標簽都標錯了。你能從任意一個盒子內(nèi)取出一粒豆子后,便能判斷出所有盒子內(nèi)都裝著什么豆子嗎?
同上面的討論一樣,人們一般總是首先考慮有多少種不同的可能性,但是你如果能夠洞悉底蘊,一眼就可以看出只可能有一種情況,從誤標為“紅綠豆”的盒子中取出一粒豆子,如果不是一粒綠豆就是一粒紅豆,若是一粒綠豆,那么盒子里的另一粒也必定是一粒綠豆,那么兩粒紅豆必定在標著“綠豆”的盒子內(nèi),反之,若取出的是一粒紅豆,那么另一粒必定也是紅豆,兩粒綠豆肯定放在標著“紅豆”的盒子內(nèi),其他一盒內(nèi)的情況就一清二楚了?梢钥闯,三個盒子全都誤標的情況只可能有如上兩種。從標著“紅綠豆”的盒子內(nèi)取出一粒便可以排除一種情況,僅剩下唯一正確的情況。
有時,上述問題也會以稍微復(fù)雜的形式出現(xiàn)。在三個盒子中,從任意一個盒子內(nèi)取出最少的豆子數(shù)進行試看,以此來判斷三個盒子內(nèi)各裝有什么豆子。唯一的辦法是從標著“紅綠豆”的盒子中取出一粒豆子試看。也許你能提出一些更加復(fù)雜的問題,諸如每個盒子內(nèi)不只兩粒豆子,或者盒子不只三個等等。
其他許多發(fā)人深省的難題都與上面的嬰兒問題有關(guān),同樣也涉及到初等概率論。例如,假設(shè)嬰兒的標簽以隨機的方式搞亂,那么四個標簽全部正確的概率是多少?全部弄錯的概率是多少?至少有一個正確的概率是多少?恰好有一個正確的概率是多少?至少有兩個正確的概率是多少?恰好有兩個正確的概率是多少?最多有兩個正確的概率又是多少?諸如此類,不一而足。
“至少一個”的問題,就一般的形式來說,屬于古典趣味數(shù)學(xué)著作中的問題。這個問題通常如下所述:在一家旅店,由 n 個人在仔細檢查自己的帽子。寄存部的粗心女郎沒能使寄存牌和帽子做到一一對應(yīng),她隨便地把寄存牌發(fā)了出去,問至少一人取回自己的帽子的概率是多少呢?結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng) n 增大時,其概率迅速地趨近于極限 (1-1/e),或者說比1/2稍微好一點,其中 e 是著名的歐拉常數(shù),等于2.71828182845904590……,在概率論問題中經(jīng)常反復(fù)地出現(xiàn)。
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