设A为筷子,B为杯子,C为勺子。
用穷举法, 初始状态仅有6种:
1 ABC
2 ACB
3 BCA
4 CBA
5 BAC
6 CAB
三个操作:A与左边互换位置;若在最左,不动。
B与右边互换位置;若在最右,不动。
C与左边互换位置;若在最左,不动。
解答问题:经过三个操作,在“左中右”三个位置上,最终B一定在右。
过程:
1、2两种初始状态,A不动。1把BC互换,B在右。2的B已经在右,不动。移动C不影响B的位置。
1的过程:ABC ACB CAB。
2的过程:ACB CAB。
综上1、2最终状态都是B在右。实际上,结果都是CAB。
3、4都把A移到中间。
3的过程是 BCA BAC ABC ACB(B右)
4的过程是CBA CAB ACB(B右)
3、4结果都是CAB。
5、6都把A移到左边。
5的过程:BAC ABC ACB CAB
6的过程:CAB ACB CAB
因此,最终结果不光是B必然在右边,甚至排序一定是CAB!(勺子 筷子 杯子)
(这会儿明白为什么刘谦右边两位小姐姐左手都是勺子了吧?)
附上去年魔术的解析:
操作:
撕开前,各张牌背朝上的顺序:abcd,撕开后:a1 b1 c1 d1 a2 b2 c2 d2。可知每张牌配对的是排序加4那张,例如第K张,则第K 4张为所求。
一次操作:按名字字数n,将上面的牌放下面n次(后称轮转),再将上面三张插入中间任一处。此时取最上面的一张X。
二次:拿1或2或3张,插到中间。拿起前1或2张,去掉。
三次:将剩余的6或5张牌,轮转七次。
四次:最上面的放到最下面,仅次的牌去掉。
解释:
把排序当成一圈,像轮盘一样排列:则轮转不影响轮盘,只是将它转了一下,换了个开头。设按名字字数轮转后,第一张为代号K的牌,K 1即此时的第二张牌,K 7即最后一张牌。
拿起第k,k 1,k 2三张牌,但是X即k 3,配对的是K 7,即最后一张牌。他们的距离变了,但位置没变。只要留下k 7(所求)即成功。
现在,剩下的没有k 3.有7张牌。
将前几张牌插到中间,不影响K 3对应牌k 7的位置:7(在最后)。
去掉前一或二张,所求的还在(简称所求在)。
(1)剩下6张:由于轮转7次不影响转盘,且所求是第五张,故所求在。位置是倒数第二,即第五。一次操作即位置减二,总数减一。表示为(所求的位置,总数)。操作即:(5,6)(3,5)(1,4)(3,3)(1,2)(1,1)即所求!
(2)剩下5张:同理,所求在。位置是倒数第三,即第三张。如上符号(3,5)(1,4)…(1,1)即所求!
因此,魔术中把几张牌插到中间只是障眼法,实际上不会影响留下K 7。
在这个例子中,好的记号是破解问题的重要方法。
这些魔术背后的数学你掌握了吗?2024年魔术的背景是同余式,就像今天是周三,则14天后还是周三,15天后是周四一样:可以用转盘来理解。2025年魔术的背景则简单得多,只要穷举各种情况就能理解!
但如果深究,会发现两个魔术都与“变换群”密切相关!想知道的,请期待下期!
来源: 陈林孝