数学故事:玻璃杯问题

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故事适合年级:小学二年级【数学故事:玻璃杯问题】趣味小故事:,巴尼在汽水柜台工作,他用10只玻璃杯给两名顾客出了个难题 。巴尼:"这一排有10只玻璃杯,左边5只内有汽水,右边5只空着,请你使这排杯子变成满杯与空杯相互交错,条件是只允许移动4只杯子 。"两位顾客看了看巴尼,又看了看杯子,摇了摇头,不知道怎么办 。巴尼:"好吧,我来告诉你们,只要分别把第二只杯子和第七只杯子,第四只杯子和第九只杯子交换一下位置就成了 。"
这时,奎贝尔教授正好来到柜台前,看到了他们的把戏,并且来了点小花招 。奎贝尔教授:"何需移动四只杯子,我只要移动两只就行了,你行不行?"
巴尼纳闷地瞧着奎贝尔教授,不明就里 。奎贝尔教授:"很简单,只要拿起第二只杯子,把里面的汽水倒进第七只杯子,再拿起第四只杯子,把里面的汽水倒入第九只杯子就行了 。"
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虽然奎贝尔教授抓住话语间的模棱两可之处解决了这个问题,但这个问题并不像乍看上去那么简单 。例如,还是这么个问题,但改成100只满杯挨着100只空杯排成一排,请考虑一下,若要使其变成满杯和空杯交错排列,需将多少对杯子互换位置?显然,一般地,如果有2n只杯子,n只满杯,n只空杯,需要将 [n/2]对杯子互换位置,方法是2k号杯子与2k+n号杯子互换位置即可(k=1,2,3,...)若n=100,则需互换50次 。
有一个与上面分析的问题类似但困难的多的古典难题 。咱们这回用两种不同颜色的杯子作为道具,但是移动方法却大相径庭:每次只能一块儿移动一对相邻的杯子,使结果成交错排列,以n=3为例,解题过程如下图所示:
【数学故事:玻璃杯问题】1 2 3 4 5 6
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普遍的解是什么呢?当n=1时,没有意义,n=2时你会发现,无解,当n>2时,解此问题至少需要移动n次 。n=4时,求解很不容易,你不妨试试,煞是有趣,或许你能够把当n>=3时的解题过程公式化 。不像上两道题比较容易,这个问题我还没有仔细研究过,先把这道题上载,大家也可以发表意见 。
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