对原题的误读,有时竟会产生一些更有意思的问题。果壳问答上,网友 qxx 提问说:
一个房间里面有很多人,我想让房间里面任意两个人的生日相同的概率是 50% 的话那房间里面应该最少有多少人?
当然,几乎可以肯定,提问人原本是想说“至少两个人”的,而问题的答案就是 23 ——生日悖论带来的惊人的答案。不过,如果把“至少两个人”误说成“任意两个人”,题目意思就完全变了,并且变得明显更有意思了。
大家很快便会想到,如果任取两个人,他们的生日相同的概率恰好是 50% ,那么房间里最少有四个人,其中三个人的生日是同一天,另外一个人的生日跟他们都不同 。从四个人里选出两个人有 6 种方案,选出生日相同的两人则有 3 种方案,恰好是 6 的一半。
继续看下去之前,大家不妨来猜猜看,这个问题还有其它的解吗?下一个解有多大?
问题的本质就是,把 n 拆分成 n1 + n2 + … + nk ,使得 C(n1 , 2) + C(n2 , 2) + … + C(nk , 2) 正好等于 C(n, 2) 的一半。下一个解发生在 n = 9 的时候,其中有 6 个人拥有共同的生日,另外 3 个人拥有另一个共同的生日。我们不妨把这个解简记作 9 = 6 + 3 。
我用 Mathematica 进行了一些简单的搜索,得到了 n < 40 时全部的解:
4 = 3 + 1
9 = 6 + 3
13 = 9 + 3 + 1
16 = 10 + 6
17 = 12 + 2 + 2 + 1
20 = 14 + 3 + 2 + 1
21 = 15 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1
24 = 17 + 2 + 2 + 1 + 1 + 1
25 = 15 + 10
28 = 19 + 6 + 3 = 18 + 9 + 1
29 = 20 + 5 + 3 + 1
32 = 22 + 6 + 2 + 2
33 = 23 + 5 + 2 + 1 + 1 + 1
36 = 25 + 6 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 = 25 + 4 + 4 + 3 = 24 + 9 + 3 = 21 + 15
37 = 26 + 4 + 2 + 2 + 1 + 1 + 1 = 26 + 3 + 3 + 2 + 2 + 1
当 n = 40, 41, 44, 45, 48, 49 时也是有解的,解的个数分别为 5, 3, 6, 3, 5, 8 。 n > 50 时我就没算了,不过估计解会越来越多。
看上去,问题的解似乎很没规律, n = 8 时竟然无解想必会让不少人大吃一惊,而 n 是某些质数时却反而有不少解,这使得问题变得非常有趣。是否能找到一种构造解的方法,从而说明问题有无穷多解?解的个数与 n 之间存在什么关系?能否找到一种生成全部解的方法?这个问题之前有研究过吗?得出过什么有趣的结论吗?欢迎大家在下面一起来讨论。
抢一个沙发不容易啊
只是,路过,太难了。
构造解n^2….
从13开始,加1得下一个解,加3又得一解,循环加1加3,得到n。当然只是猜想。这个问题确实很有趣,不过感觉这样做的话会陷入死胡同,要有个好的数学模型就好了
从13开始,加3得下一个解,加1又得一解,循环加3加1,得到n。当然只是猜想。这个问题确实很有趣,不过感觉这样做的话会陷入死胡同,要有个好的数学模型就好了
4 = 3 + 1
9 = 6 + 3
16 = 10 + 6
36 = 21 + 15
。。。
4 = 3 + 1
9 = 6 + 3
16 = 10 + 6
25 = 15 + 10
36 = 21 + 15
……
关于sum(n_{1~k}) mod 4 = 2,3时无解可能可以用余数分析得出,
P.S mod 4 = 2无解
贪心算法给的界太大,所以这个问题貌似会很难……
显然只有n=0,1 mod 4有可能有解。
嗯,其实界也不算太大,贪心算法能给出的一个界是f(n)<=sqrt((2+epsilon)n)+O(1),其中f(n)是用贪心算法将n分解为C(k_i,2)时所有k_i的和。而如果有f(n)<=sqrt(2n)+O(1)的话就可以证明原题了。可能更精细的分析可以得出更好的结果。
找n1+n2+…+nk=n,不如找n1+n2+…+nk < n,找到了之后剩下的用1凑满。
反过来说,考虑怎样把一系列的C(nk , 2) 的和 凑成某一个 C(n,2),其中n必须大于等于所有的nk的和,这样想应该会简单一些。
当然要记得一年最多只有366天,所以 k + (n – sum(nk) < 366 以及n < 366 ……
写错 ,是
把一系列的C(nk , 2) 的和 凑成某一个 C(n,2) 的一半
忘记 “一半”
嗯,貌似我又算错数了……
更精细的结果表明,貌似f(n)<=sqrt(2n)+O(1)是可以做出来的。但更重要的是,我们想要有f(C(k,2)/2)<=k,取n=C(k,2)/2,4n=k(k-1)2sqrt(n),而这个界是轻而易举的。数值计算表明,在n>1000时,总有f(n)<=2sqrt(n)。
因为blog主已经验证到50了,相当于这里的n=1250,所以上述就证明了,在原题中,对于任意的n=0,1 mod 4,除了n=5,8,12外均有解,而且对于n>=50的解可以用贪心算法构造出来。
嗯,果然继续算错数,f(n)<=sqrt(2n)+O(1)是不行的,不过这个就跟题目关系不大了。
有意思的题目。
模型很容易理解,关键这个解空间确实不容易想。
C(n^2, 2) = 2[ C(n(n+1)/2, 2) + C(n(n-1)/2, 2)]
这个最简洁优美 n^2 = n(n+1)/2 + n(n-1)/2
我本来想说 k=2 时解有无穷组是显然的,后来发现上面 biohu 已经说过了……
偶然看到,很喜欢这样的话题。
http://mathworld.wolfram.com/TriangularNumber.html
从Fermat’s polygonal number theorem开始,有关于正整数拆为三角数的讨论。
如果求解的个数的话,最直接的想法是生成函数。我直接用递推做的话,遇到一个求和搞不定,是sum_{i=2}^{infty}x^{i(i-1)/2}y^i,现在化成了偏微分方程看数学系的同学有没有办法……
额,俺现在连函数都看不懂嘞。
是这样嘛 有这样的神奇
好像是这样。
贪心算法能给出的一个界是f(n)<=sqrt((2+epsilon)n)+O(1),其中f(n)是用贪心算法将n分解为C(k_i,2)时所有k_i的和
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