趣题:Alice和Bob的等值交易

    Alice 的手中有 n 件物品,每件物品的价值都是一个 1 到 n 之间的整数; Bob 的手中也有 n 件物品,每件物品的价值也都是 1 到 n 之间的整数。现在,两人想要进行一次等值的交易,即 Alice 从自己手中拿出至少一件物品, Bob 从自己手中拿出至少一件物品,使得两人所拿出的物品总价值相等。求证:这是总能办到的。

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经典证明:Ptolemy定理的无字证明

    Ptolemy 定理是平面几何中非常漂亮的定理:圆内接四边形的对边乘积之和等于对角线的乘积。具体地说,如果把一个圆内接四边形的四条边顺次记为 a 、 b 、 c 、 d ,把两条对角线的长度记为 e 和 f ,那么一定有 a · c + b · d = e · f 。 Ptolemy 是一个非常重要的定理,由它出发可以得出很多推论。例如,在圆内接矩形上应用 Ptolemy 定理,可以立即得到勾股定理。下面是另外两个可以用 Ptolemy 定理来解决的问题:证明余弦定理,以及构造两两间的距离都是整数的点集

     William Derrick 和 James Hirstein 在最近的 The College Mathematics Journal 上给出了下面这个 Ptolemy 定理的无字证明,你能看明白吗?

      

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趣题:证明所有乘积的总和与分拆的方式无关

    有 1000 枚硬币堆在一起。把它们任意分成两堆,并计算出这两堆的硬币数的乘积。然后,任意选择其中的一堆硬币,把它继续分成两个更小的堆,并计算出这两堆的硬币数的乘积。不断这样做下去,直到最后每堆都只剩一枚硬币为止。求证:把途中产生的所有乘积全部加在一起,结果是一个定值,它不随分法的改变而改变。

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贴着另一枚硬币旋转一周则自身转了两周:不同的解释方法

    有一道非常经典的智力问题:假设有两个一模一样的硬币 A 和硬币 B ,如果让硬币 B 不动,让硬币 A 贴着硬币 B 旋转一周,那么硬币 A 自身旋转了多少周?一个常见的错误答案是“显然也是一周啊”,而实际上正确的答案是两周,如下图所示。我们有很多方法来解释这种现象,其中最传统的说法便是“公转了一周,自转了一周”。硬币 A 的运动是由两部分合成的,公转一周(想像一个人绕着地球走了一圈),以及自转一周(想像一个轮子在地面上滚动了一周)。想像你是站在硬币 B 中心处的一个小人儿,看着硬币 A 贴着你脚下的硬币转动一圈。如果在此过程中,你始终面向硬币 A ,那么在你看来,硬币 A 似乎就是在长为 2πr 的平地上滚了一圈。而实际上,在观察硬币 A 的过程中,你自己也原地转了 360 度,因此从外面的人看来,硬币实际上转了两周。

      

    写了这篇文章后,我习惯性地开始用正多边形逼近的思路去分析一些与圆有关的一般性结论。在准备一份初中几何问题的材料时,我突然想到了上述问题的一个简单而漂亮的解释方法。

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几个精彩的数论问题

从同事那里借来了一本单墫教授主编的《初等数论》奥数书,看到很多精彩的问题,在这里做个笔记,与大家一同分享。不少问题和答案都有过重新叙述,个别问题有所改动。

 
问题:找出所有使得 2n – 1 能被 7 整除的正整数 n 。

答案:由于 2n 的二进制表达为 1000…00 (n 个 0),因此 2n – 1 的二进制表达为 111…11 (n 个 1)。而 7 的二进制表达是 111 ,要想让它整除 n 个 1 ,显然 n 必须是也只能是 3 的倍数。

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