21.截尾質數
研究過程其實非常有趣.在利用樹形圖尋找質數時,很快就可以發現,除了只能作為起點的2之外,不可能再有其他的偶數.同理,5只能作為起點.此外,當以2開始時,下一個數只能是3或9,因為1或7將使該數能被3整除.以2開始的完整質數樹形圖如下圖所示,此種質數共有24個.
以下是將其余的此種質數對應至每一分枝終點的數所做的摘要:
31193,31379,317,37337999,373393,37397,3793,
3797
53,59393339,593993,599
719333,7331,73331,73939133,7393931,7393933,
739397,739399,797
這個活動與左質數(left-handed prime)有關.不過,你也可以做右質數(right-handed prime)的研究,例如12647,在由左向右截尾時仍為質數;或是做雙側質數(two-sided prime)的研究,例如317或739397.
22.生日巧合
如果不考慮生日巧合的概率,而考慮沒有人生日相同的概率,會比較容易.
首先考慮A與B兩人生日不同的概率.例如假設A的生日是在3月25日,則B的生日可能是一年中其他364天中的一天,所以A與B生日不同的概率為364/365.現在考慮第三個人C.C的生日與A、B不同,則一年中還有363天可能是C的生日,所以C與A、B生日不同的概率為363/365.
故A、B、C的生日都不相同的概率為:
將此論證繼續沿用至第四人D,就得出他們生日都不同的概率為:
同理,在一個有30名學生的班級中,各人生日都不同的概率為:
耐心地使用計算器就可以算出這個值大約是0.294,所以在有30名學生的班級中,至少有兩人生日相同的概率是:
1-0.294≈0.7
順便說一句,用上述的論證方式可以證明當一個班級有23個學生時,有兩人生日相同的概率要比學生數為偶數時高.
23.認識正八面體
實際做出本題中提到的模型能大大加強學習的效果,因為再怎么仔細閱讀文字或看圖片說明,也比不上利用模型所得到的經驗來得直接.
由八面體的一個頂點出發,每邊只經過一次而回到原點的路徑有1488種.
你能找到多少種?
如果你將八面體的邊作拓撲變換(topological transformation)形成如圖1的形式,可幫助你思考所有的路徑.
另有一種做出正八面體的方法,即按照如圖2所示的由等邊三角形組成的展開圖,用紙或卡片制作.將所有的折線刻出印痕,然后將這兩邊的三角形折疊,先把A折至B.要記得八面體的每一個頂點都有4個三角形,所以這個圖應該不難折.最后,將畫斜線的三角形折進去,你就有了一個堅固的模型,而且可以展開恢復原狀.
24.郵票冊研究
(1)英國郵政總局1985年的設計如圖1所示,包含3張13p、2張4p與3張1p的郵票.這種設計非常簡單,很容易就能
找到國內郵件(13p與17p)所需的郵票,而且除了200g限時信的38p之外,其他郵費也都能找到.
可能的解其實有許多種,都可由郵票冊中挑選出所有的郵費.圖2和圖3是其中的兩種.第二種有一個優點,就是當平信的郵費降至12p時也可以使用;事實上,還可以寄4封郵費為12p的信件(見圖3).
這種問題可使同學們將算術運用到實際生活中去.
(2)不可能的郵費為18p.7p、9p與2p的郵票面值總和為18p,但在郵票冊上彼此并沒有相連.組成其郵費的方式如下:
1p=1 17p=1+7+9
2p=2 18p
3p=3 19p=7+9+3
4p=1+3 20p=7+9+3+1
5p=3+2 21p=9+10+2
6p=1+3+2 22p=3+9+10
7p=7 23p=1+3+9+10
8p=1+7 24p=3+9+10+2
9p=9 25p=1+3+2+9+10
10p=10 26p=7+9+10
11p=7+1+3 27p=1+7+9+10
12p=3+9 28p=7+9+10+2
13p=9+3+1 29p=1+7+9+10+2
14p=9+3+2 30p=1+3+7+9+10
15p=1+3+2+9 31p=3+2+7+9+10
16p=7+9 32p=1+3+2+7+9+10
本題能幫助學生熟悉數字之間的基本關系,培養空間感,學生必須做出假設并進行檢驗.問題是要找出N的極限值,有一種方法是找出從2×3的郵票中撕取一張郵票或一組相連的郵票到底有多少方式.從這一點又可引申出更一般化的空間問題.從m×n的郵票中撕取一張郵票或一組相連的郵票共有多少方式?
撕取郵票的方式共有40種,所以這也是N的上限.但由于題目的限制,使得N的最大值是36.如圖4所示的兩種方式是其解.檢驗兩者是否自1p至36p都可以得到.
在研究此問題時可以考慮相加的和(如12=4+6+2),或是在撕去郵票后留下的面值(如28=36-8,故28=1+2+15+4+6).
有一種著手解決這種問題的方法是從較小聯的郵票開始.對2×2聯的郵票而言,撕去一張郵票或一組相連郵票的方式共有13種,如圖5所示的兩種解答可以得到郵費為1p至13p的郵票.
對5張郵票的情況,撕去郵票的方式共有21種,但所得的郵費只有1p至20p.
25.設計直尺
5道切口得出的10種間隔為:
以此種計數方式可以很清楚地看出其通式.n次鋸切可得:
1+2+3+4+…+(n-1)種間隔
當5次鋸切的位置如上圖所示時,即ab=1cm,bc=3cm,cd=3cm,de=2cm,則ac=4cm,ce=5cm,bd=6cm,ad=7cm,be=8cm,ae=9cm.如果沒有遺漏掉任何長度,那么這就是最佳的鋸切方式.
如果我們并不要求得到連續的長度,那么也可能得出10種不同長度的間隔.例如,如果ab=1,bc=6,cd=3,de=2,則即可得出下列的10種間隔:
1,2,3,5,6,7,9,10,11,12
但是在試著得出有連續長度的間隔時,要看出是否具有一般性的通式并不容易.如果做n次鋸切,且N為連續長度的間隔數,則以1cm起始,所得出的最佳解如下.