如圖所示:有三根針和套在一根針上的n個金屬薄片,按下列規(guī)則,把金屬片從一根針上全部移到另一根針上.
(2)在每次移動過程中,每根針上較大的金屬片不能
放在較小的金屬片上面.將n個金屬片從1號針
移到3號針最少需要移動的次數記為f(n);
則:(Ⅰ)f(3) =?
這道題的背景是一段關于“世界末日”的傳說。在印度北部的一個佛教的圣廟里,桌上的黃銅板上,放著三根寶石針,每根長約0.5米。據說印度教的主神梵天在創(chuàng)造世界時,在其中的一根針上,自上而下由大到小放了六十四片金片。每天二十四小時內,都有僧侶值班,按照以下的規(guī)律,不停地把這些金片在三根寶石針上移來移去:每次只準移動一片,且不論在那根針上,較小的金片只能放在較大的金片上。當所有六十四片金片都從梵天創(chuàng)造世界時所放的那根針上移到另一根針上時,世界的末日就要到臨。
我們現在想知道僧侶移動完畢這六十四片金片需要多少時間?
設原來放置金片的寶石針為甲,其它兩根針為乙、丙。
1.金片只有一片。顯然,只要移動1次即可。
2.金片只有二片??上葘⑤^小金片移至乙針上,較大金片移至丙針上,再將較小金片從乙針移至丙針上,共移動3次。
3.金片有三片??上葘⑸厦鎯善鹌频揭疑?。按2可知,共需移動3次。再把第三片移至丙,又移一次。下面把乙上兩片移至丙同2,還需三次。以上共需2x3+1=7(次)。
4.金片有四片。先把上面三片移至乙,按3需7次。再把第四片從甲移到丙上,又移一次。最后,把較小的三片從乙移至丙,又需移7次。以上共需移動2x7+1=15(次)。
依此遞推下去。設有k片金片,先將k-1片移至乙,需移動Sk-1次。然后再把第k片移至丙,又移一次。最后把k-1片從丙移至乙,又需Sk-1次。以上共需移動(2·Sk-1+1)次。
這樣,我們可以得到如下的遞推式: Sk=2·Sk-1+1。
根據這個遞推公式,可得:SK+1=2(SK-1+1) 即 Sk=2k-1
令k=64,得 S64=264-1=18446744073709551615
如果僧侶移動金片一次需要1秒鐘,移動這么多次共需約5845億年。按照現代的宇宙進化論,恒星、太陽、行星(包括地球)是在三十億年前由不定形物質形成的,太陽系的整個壽命要短于二百億年,遠不等僧侶們完成任務,地球早已毀滅了。
與這個傳說類似的還有:印度國王打算重賞象棋發(fā)明人、宰相西薩·班·達依爾。這位聰明的大臣拿出棋盤對國王說,你只要棋盤上的第一格放1粒麥子,第二格放2粒麥子,第三格放4粒麥子,照此下去,每格比前一格增加一倍,直至放滿棋盤的64格為此,他就滿足了。一袋袋麥子被扛到國王面前來,但麥粒數一格接一格飛快增長著,國王很快就看出,即便拿全印度的糧食,也兌現不了他對達依爾的諾言。
原來,所需麥??倲?/span>
1+2+22+23+24+……+263=264-1=18446744073709551615
這些麥子究竟有多少?如果造一個倉庫來放這些麥子,倉庫高4公尺,寬10公尺,那么倉庫的長度就等于地球到太陽的距離的兩倍。而要生產這么多的麥子,全世界要兩千年。
R·柯朗在《數學是什么》中說:“數學作為人類思維的表達形式,反映了人們積極進取的意志、慎密周詳的推理,以及對完美境界的追求?!?/span> 數學其實就是從量的角度把握和解釋世界的一種努力,所以數學是一種思想,一種解釋世界的方式,一種精密的語言系統(tǒng)。數學是對現實世界的數量關系和空間形式的概括和反映。
作為人類智慧的偉大結晶,數學理應受到尊敬和推崇。在高中數學課程《標準》中提到:“數學作為人類文化的重要組成部分,構成了公民所必須具備的一種基本素質。數學科學歷來是自然科學和社會科學的基礎……越來越廣泛的數學應用,正在不斷地滲入社會生活的方方面面?!叨劝l(fā)展的數學思維成為人類社會進步的重要標志。”正如美國數學史家M·克萊因所說的那樣,“任何時候,誰想找一個推理的必然性和準確性的例子,一定會想到數學?!彼鴮祵W做過這樣的描述:“音樂能激發(fā)或撫慰情懷,繪畫使人賞心悅目,詩歌能動人心弦,哲學使人獲得智慧,但數學卻能提供以上的一切,給人快樂”。
數學依靠兩樣東西:邏輯與創(chuàng)造。
人們對數學的追求則有兩個目的:各種實用的目的以及數學的內在趣味。對于一些人,數學的精髓在于它的美妙和它對于智力的挑戰(zhàn)。“數學是最聰明人之間的較量,因此非常具有挑戰(zhàn)性,同時,數學的美麗使研究數學成為一種樂趣”。這就是菲爾茲獎得主、美國數學家符拉基米爾·福沃特斯對常人眼中枯燥的數學的認識。