趣题：竞技场里的狮子能否保证抓住最高速度相同的小明？

2014 年 8 月 30 日2014-08-30 / 60 条评论

小明和狮子同被关在一个半径为 10 米的竞技场里，狮子位于竞技场的圆心处，小明则在距离圆心 1 米的地方。两者的最大运动速度都是每秒 1 米。狮子有没有什么必胜策略，使得不管小明怎么跑，它总能在有限的时间里抓住小明？

根据 MathWorld 相关词条的描述，这个问题是由 R. Rado 在 1925 年时提出的。一个经典的“答案”是，狮子只需要始终保持自己与小明在圆盘的同一半径上即可。直觉上看，由于狮子总是处在“内圈”上，因而不管小明跑到了哪里，狮子总能轻松地与小明继续保持在同一半径上；并且，狮子总有足够的余力向小明靠近，严格减小它与小明之间的距离，除非小明是沿着半径方向径直向外跑。由于竞技场的大小是有限的，小明不可能无限地向外跑，因而狮子最终总会追上小明。但是，后来人们发现，这个解法其实是错误的，原因很简单：能不断靠近小明，不一定就能在有限的时间里抓住小明，正如 1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16 + … 永远不会超过 1 一样。最终， A. S. Besicovitch 为小明构造出了一个极其巧妙的策略，使得狮子无论如何都抓不到小明，从而完美地解决了这个问题。不过， MathWorld 的词条里并没有提到这个解法。你能想到这个解法吗？

趣题：证明所有乘积的总和与分拆的方式无关

2012 年 10 月 31 日 / 52 条评论

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。

经典证明：不断把凹的部分翻出来，总能把凹多边形变凸吗？

2011 年 11 月 29 日 / 41 条评论

左图是一个凹多边形，而且凹得相当厉害。作为一个完美主义者，我很难容忍这么一个图形，总想着要把凹进去的部分翻出来，把它还原为一个凸多边形。不幸的是，翻折之后的结果仍然不是凸多边形，图中又产生了新的凹陷。于是，我们想继续把凹进去的部分往外翻，直到整个图形变成凸多边形为止。问题是，这个过程有完吗？换句话说，我们一定能通过有限多步翻折，把凹多边形变成凸的吗？

这个问题有着非常纠结复杂的历史。这个问题最早可能是由数学家 Paul Erdős 正式提出的。 1935 年，他在 American Mathematical Monthly 上猜想，经过有限步翻折之后，凹多边形一定能变凸。 1939 年， Béla Szőkefalvi-Nagy 给出了一个证明。因此，这个结论又叫做 Erdős-Nagy 定理。有趣的是，这个问题是如此的自然，以至于在此之后，又有一大堆人重新提出并研究了这个问题，而且他们明显并不知道相互之间的已有研究。这事儿给我们带来的好处就是，我们有了 Erdős-Nagy 定理的好几种截然不同的证明方法。不过，这些证明或者太长，或者太高深，或者又有些漏洞。 1999 年， Godfried Toussaint 从这些证明中取长补短，给出了一个比较初等的证明。

趣题：平均要取到第几个随机数才会让序列第一次下降

2010 年 11 月 19 日 / 30 条评论

考虑这么一个游戏：不断在区间 [0, 1] 中概率均等地选取随机数，直到所取的数第一次比上一个数小。那么，平均需要抽取多少个随机数，才会出现这样的情况？

答案：记 P_i 为第 i 次才取到小于前一个数的数的概率。则我们要求的就是 P₁ + 2 * P₂ + 3 * P₃ + 4 * P₄ + … 。妙就妙在下面这个变形（在继续看下去之前你能想到吗）：

关于0.9999….=1的证明

2009 年 1 月 31 日 / 85 条评论

    某日凌晨4点多，网友Superwyh发来短信说，他梦到了这样一个颇具启发性的问题：如果我们能够证明两个数之间不存在其它的数，这是否足以说明这两个数是相等的？正好当时我还没睡，稍微想了一下，发现这个命题是成立的，因为它的逆否命题显然成立。倘若两个数不相等，那它们之间一定能够插入其它的数（例如这两个数的算术平均值）；反过来，如果两个数之间无法插入别的数，这两个数自然就应该相等了。
    这个命题是相当具有启发性的。或许有人会想，能不能用这一思路去证明两个数相等呢？
    关于两数是否相等的争论，最著名的就是那个关于0.9999….和1是否相等的问题了。这一问题理解起来简单，细想起来争议颇大，真可谓是一个全民化的数学争论，与著名的Monty Hall问题有得一拼。不了解极限概念的人可能会说，不管你在后面写多少个9，它都不能达到1的，量变和质变存在本质上的区别。因此，当高中数学课上老师明确指出0.9999….精确地等于1时，还是有不少人瞠目结舌，甚至高声反对。