难倒犹太人的11个数学问题

    这个并不是标题党。很多年以前,要想进入莫斯科国立大学的数学系,你必须通过四项入学考试;头两个都是数学考试,一个笔试,一个面试。在面试中,学生和考官都是一对一的,考官可以自由向学生提出任何他喜欢的问题。考官们都准备了很多“棺材问题”,这些问题的答案非常简单,但由于思路太巧妙了,以至于学生很难想到。考官便可以以“你连这个都没想到”为理由,光明正大地拒绝学校不想要的人(主要是犹太人)。这个 Blog 之前就曾经介绍过这样的问题

    最近网上的一篇文章介绍了 21 个这样的“棺材问题”,其中有些这个 Blog 以前讲过的经典问题,但也有不少我第一次见到的好题。我选取了 11 个比较有意思的问题,在这里和大家分享。

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趣题:从1到4000中各位数字之和能被4整除的有多少个?

    一个小学奥数老师给我讲了一道小学奥数题,这是他在上课时遇到的:从 1 到 4000 中,各位数字之和能被 4 整除的有多少个?

    注意,问题可能没有你想的那么简单,满足要求的数分布得并没有那么规则。 1 、 2 、 3 、 4 里有一个满足要求的数, 5 、 6 、 7 、 8 里也有一个满足要求的数,但是 9 、 10 、 11 、 12 里就没有了。

    尽管如此,这个问题仍然有一个秒杀解。你能多快想到?

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趣题:旋转桌子避免灯泡全亮

    网友 @ipondering 分享了一个非常精彩的数学趣题集,里面有很多我之前从没见过的趣题,其中有些问题的题目和解答都相当漂亮。近段时间里,我打算从中选一些最精彩的题目来讲讲。今天的题目是该趣题集中的第二题,原题背景涉及到 King Arthur 和 Merlin 的故事,我就舍去简化了。

    某个国王手下有 n 个大臣。国王定期主持国家会议,届时 n 个大臣将会间隔均匀地坐在圆桌上。每个座位前都有一盏照明灯,只有所有的灯都亮了,会议才能开始进行。如果有些灯没亮,国王会下达指令,让指定位置上的大臣按下座位前的灯的开关,把没亮的灯都打开。例如,当 n = 100 时,圆桌上会坐着 100 个大臣。不妨将座位从 1 到 n 顺序编号,假设其中编号为 3 、 28 、 97 的座位前没有亮灯。于是,国王下令这三个位置上的大臣按下各自面前的开关,把这三盏灯打开,这样才能开始会议议程。

    在这 n 个大臣中,有一个奸臣。这次会议的议题恰好就是商讨对这个奸臣的惩治办法。奸臣知道自己难逃一劫,但他希望能够无限制地拖延会议。他可以在所有大臣就座前精心设置各个照明灯的初始状态,并在国王每次下达指令之后(但在大臣执行命令之前)把圆桌旋转到一个合适的位置,让大臣们按下错误的开关。

    对于哪些 n ,奸臣可以始终保证灯不会全亮,从而无限制地拖延会议?对于哪些 n ,国王可以根据局势巧妙地构造指令,使得有限轮指令之后所有灯必然全亮?

    在会议结束前,奸臣仍然是 n 个大臣中的一员。国王每次只能下达形如“座位编号为 a1, a2, a3, … 的大臣改变各自面前的灯的状态”的指令。奸臣可以任意旋转圆桌,改变灯与大臣的对应关系。当然,他也可以选择不旋转圆桌。即使桌子被旋转过,所有大臣也必须严格遵守国王的指令。

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无聊小研究:各种文体中出现频率最高的四字词

今天,我拿到了梦寐以求的大规模中文语料库,总大小超过 1 G ,覆盖了各个时代各种文体的中文资料。有了这个语料库后,我便能完成很多早就想做的事情,比方说,统计各种文体中出现频率最高的四字词。给定一段文本后,基本的统计过程如下:

  1. 统计所有连续四字的出现频数;
  2. 按频数对所有四字组合从高到低排序;
  3. 删掉所有包含非汉字字符(比如数字、标点)的四字组合;
  4. 删掉明显不成词或者不成词组的四字组合(这一步有人为因素,因此下面的数据并不是 100% 客观的);
  5. 列出频数最高的 10 个四字词。

所选用的统计对象基本上都是数十万字的篇幅,所有步骤都是用 Mathematica 实现的。下面是结果:
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千万别学数学:最折磨人的数学未解之谜(二)

    数学之美不但体现在漂亮的结论和精妙的证明上,那些尚未解决的数学问题也有让人神魂颠倒的魅力。和 Goldbach 猜想、 Riemann 假设不同,有些悬而未解的问题趣味性很强,“数学性”非常弱,乍看上去并没有触及深刻的数学理论,似乎是一道可以被瞬间秒杀的数学趣题,让数学爱好者们“不找到一个巧解就不爽”;但令人称奇的是,它们的困难程度却不亚于那些著名的数学猜想,这或许比各个领域中艰深的数学难题更折磨人吧。

    今年年初时,我曾经写过一篇名为 千万别学数学:最折磨人的数学未解之谜 的文章,选取并翻译了 Mathematical Puzzles 一书中提到的未解数学谜题。不过,毕竟 Mathematical Puzzles 一书容量有限,没法把所有折磨人的数学猜想都收录进来。后来,我慢慢收集了更多漂亮的数学猜想,今天又见到 MathOverflow 的这个问题,足以凑成一篇新的文章了。于是写下来,和大家一同分享。

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