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第1章 哈佛学生感兴趣的数字故事(1)

乌鸦喝水与鸡蛋的关系

我们知道,长方体的体积等于长乘以宽再乘以高,正方体的体积等于棱长的立方。可是你有没想过,应该怎么求得一只鸡蛋的体积呢?

鸡蛋的外形不规则,没有现成的公式可用,想到这大家或许会一筹莫展。

但是,如果你听过《乌鸦喝水》的故事,这个问题就能迎刃而解了。

《乌鸦喝水》故事中说:乌鸦想喝瓶子里的水,但瓶口太小,水面又低,无法直接喝到。聪明的乌鸦发现周围地上有小石子,于是衔起石子,放入瓶中。每放进一块小石子,水面就会上升一点;投进的石子体积越大,水面上升得就越高。

这是因为投入的石子有“体积”,要占据一定的空间,它会把与它体积相等的水“挤”上去。也就是说,被“挤”上去的水的体积恰好等于投进石子的体积。

石头的体积难以求出,那是因为它的形状很不规则。如果我们能计算出被它“挤”上去的水的体积,那么就能推算出石头的体积。这时,只需要一个长方体器皿,就能轻易计算出被“挤”出来的水的体积了。

假设这个长方体器皿底面是边长4厘米的正方形,放入石头后水面上升了2厘米,那么石头的体积是4×4×2=32(立方厘米)。到这里,你一定会高兴地叫起来:“那我也会求鸡蛋的体积了。”

★Question★

具体应该怎么求得鸡蛋的体积呢?

Answer

在鸡蛋中注入清水,直到灌满,然后将水倒入正方形器皿中,所求得的水的体积便是鸡蛋的体积。

捕猎的收获

迈克、保罗、皮特,三个好朋友感情非常好,时常结伴打猎。路上三人相互照顾,可以提高安全性。

一天,迈克、保罗、皮特三人又结伴去打猎。

迈克打了3只野猪;保罗打的野兔的数量是迈克和皮特两个人猎物总数的一半;皮特猎到的老鹰数是迈克和保罗二人打到的野兽数量之和。

★Question★

保罗打了多少猎物?皮特打了多少猎物?

Answer

设保罗打野兔的数量为x,保罗猎到老鹰的数量为y,可以根据条件列出一个方程组x=1/2(3+y);y=3+x,解得x=6,y=9。

在这次打猎中保罗打了6只野兔;皮特打了9只老鹰。

小白鼠会排队

一天,一只小猫抓到了5只小白鼠。

它让白鼠们排列成一队,然后“一、二”报数,所有数“一”的白鼠都将被它吃掉。剩下的白鼠再“一、二”报数,所有数“一”的白鼠又将被吃掉。整个过程完成后,剩下了一只小白鼠。

这天,小花猫捉到9只白鼠,加上剩下的那只小白鼠,一共10只。它又让这10只白鼠像上次那样排成一列,然后“一、二”报数,一共进行了三次报数,每次报完数,它都吃掉数“一”的白鼠。奇怪的是,这只小白鼠又幸存了下来。

猫问道:“怎么还是你?”

小白鼠回答说:“我计算过,剩下的一定是我。”

猫又问:“上次你排第四位,这次排第八位,下次我抓19只来,你会排第几位?”

★Question★

能帮小白鼠回答这个问题吗?

Answer

在第一次有5只白鼠的时候,聪明的小白鼠利用2×2=4,排在第四位。第二次共有10只白鼠时,利用2×2×2=8,排在第八个位置。所以,下次小猫抓来19只,即共20只白鼠时,小白鼠就排在2×2×2×2=16的位置了。

猴子和桃子

众所周知,猴子最喜欢吃的食物莫过于桃子。

一天,一群猴子来到一个果园,其中一棵是桃树。树上有许多又大又甜的桃子,猴子们垂涎欲滴,乱哄哄地蹿上树抢食。

如果每只猴子吃2个桃子,那么树上还会剩下2个桃子。如果每只猴子吃4个桃子,那么就会有2只猴子吃不上桃子。

★Question★

一共有几只猴子?一共有几个桃子?

Answer

设有x只猴子,和y个桃子,可根据条件列出一个方程组:y=2x+2;y=4x-8,解得x=6,y=16。

树上一共有6只猴子,一共有16个桃子。

养鸡的学问

从前,有一对农民夫妻叫作贝克和凯丝,他们非常穷苦,但是十分恩爱。他们勤劳节俭,小日子过得还算甜美。

后来,贝克和凯丝饲养了一些鸡,养鸡带来的收入,让他们的生活水平比以前提高了很多。

一天,贝克发现鸡饲料不足,便对凯丝说:“亲爱的,我们现在有两个方案:一个方案是:卖掉75只小鸡,那鸡饲料还可以多维持20天;另一个方案是:买进100只小鸡,那么鸡饲料将少维持15天。”

凯丝朝贝克笑了笑说;“可是,老公,你说了半天,我还没有弄清我们家里一共养了多少只小鸡呢?”

★Question★

贝克和凯丝这对农民夫妻家里一共养了多少只小鸡?如果不买不卖,鸡饲料能维持多少天?

Answer

假设现有鸡饲料能维持t天,总的鸡的数量为x,每只鸡每天吃饲料为1。那么,现有饲料总量为xt=1(x-75)(t+20)=1(x+100)(t-15),

据此,x=300,t=60。

这对农民夫妻家里一共养了300只小鸡,鸡的饲料足够维持60天。

鸭爸爸的推断

从前,有两只可爱的鸭子,他们一个英俊帅气,一个漂亮妩媚。他们结成伉俪,过着幸福的生活。

一段时间以后,鸭妈妈怀上了四个鸭子宝宝。鸭爸爸乐坏了,他对鸭妈妈说:“亲爱的,你说我们的宝宝有几只是公鸭子,有几只是母鸭子?”

鸭妈妈摇着头,笑着说:“我也不知道呢。”

于是,鸭爸爸就展开了它的一系列推断:四只都是公的,这个概率很小,四只都是母的,这个概率也很小。因为每只鸭子是公还是母,它们的概率都是百分之五十对百分之五十。

“所以很明显,亲爱的,你最有可能生出两只公鸭子和两只母鸭子。”鸭爸爸得意地说。

★Question★

鸭爸爸的推断正确吗?

Answer

鸭爸爸的推断是不正确的,按照概率原理,每一次生公鸭子或者母鸭子的概率都是二分之一,而不是总体比率是二分之一。

愚蠢的蜘蛛

在很久很久以前,有一只意志力十分顽强的蜘蛛。它沿着垂直的墙壁往上爬行。

爬行了一个小时后,它到达离顶点还有一半路程的位置;又过了一个小时,它爬了剩余路程的一半,到达离顶点还有四分之三路程的位置;接着又过了一个小时,它又爬了剩余路程的一半,它到达离顶点还有八分之七的位置。

★Question★

如果蜘蛛按照这样下去,蜘蛛需要多久才能到达墙壁的顶点?

Answer

第一小时后,蜘蛛爬到了墙壁的1/2;

第二个小时,“它爬了剩余路程的一半,到达离顶点还有四分之三路程的位置”,也就是它往回爬了墙壁的1/4,即现在往上爬了1/4;

第三小时,“它又爬了剩余路程的一半,它到达离顶点还有八分之七的位置”,也就是又往回爬了1/8。

方向错了,永远也到不了顶点。

奶牛的数量

杰瑞斯和汤姆斯是美国两个相邻奶牛场的主人。

一天,杰瑞斯对汤姆斯说:“现在咱们两个牧场一共有123头奶牛,如果我卖出1/3的奶牛,你买进2头奶牛,那咱们所拥有的奶牛头数就一样了!”

汤姆斯恍然说:“是啊,我怎么没发现呢。不过对了,你有几头奶牛呢?”

杰瑞斯说:“你按照我说的算一算,就知道啦!”

★Question★

杰瑞斯和汤姆斯的奶牛场,分别有多少头奶牛?

Answer

设杰瑞斯有x头奶牛,汤姆斯有y头奶牛,根据条件可以列出一个方程组:x+y=123;2/3x=y+2,解得x=75,y=48。

杰瑞斯的奶牛场里面有75头,汤姆斯的奶牛场有48头。

牛与青草

牛顿是英国的一位著名科学家,牛顿三大定律便是以牛顿的名字来命名的。人们借此表达对牛顿的尊敬和爱戴,表彰牛顿对世界科学进步所作的伟大贡献。

一天,牛顿到一个农场里探访,他看到几个小孩在院子里玩耍,于是就编了一道数学题来考他们。

故事是这样的:一家牧场主养了几头牛,牧场的青草生长速度保持一致。如果有10头奶牛在这片青草地上牧养,可以维持22天;如果这片青草供给16头奶牛吃,可以吃10天。那么请问,如果这片青草供给25头奶牛吃,可以吃多少天?

★Question★

如果这片青草供给25头奶牛吃,可以吃几天?

Answer

可以,(10*22-16*10)/12=5,110/(25-5)=5.5天。

鸡、鸭、鹅的计算

很久以前,英国有一位著名的数学家名叫斯威夫特。他爱上了一位美丽的姑娘。在30岁那年,他如愿以偿地和这位名叫玛丽的姑娘结了婚,建立了自己的家庭。夫妻关系非常和睦,小日子过得十分甜蜜。

光阴似箭,岁月如梭,一转眼半个世纪过去了。他们子孙满堂,幸福快乐。这一天,是他和玛丽50年金婚的日子,这年斯威夫特正好80周岁。

斯威夫特的儿孙们都来给他祝寿。斯威夫特非常高兴,为了一起庆祝这个值得纪念的日子,斯威夫特拿出来10英镑11先令(1英镑等于20先令),嘱咐佣人去买一些火鸡、鸭和鹅来加餐。

佣人买完斯威夫特要求购买的若干只动物后,钱恰好用完了。按照当地的风俗,同种家禽无论大小,都以同样的价格出售。如果用先令来计算,每种家禽的售价都是整数。

斯威夫特拿出的钱的数量是10英镑11先令,并且每一种家禽所购买的个数恰恰是每只家禽的售价的数量,其中火鸡的价格最贵,然后是鸭子,最后是鹅。他们一共买了23只家禽。

佣人回到家后,斯威夫特兴致很高,就以这道题来考自己的孩子们:“孩子们,你们都来算算,佣人一共买了几只火鸡、几只鸭子、几只鹅呢?”

由于计算烦琐,过了好久,在座的子孙都没有计算出来。这时,斯威夫特最小的外孙跑到他身边,用了一个极其快捷易懂的方法,正确地说出了答案。

斯威夫特非常高兴,在众人面前大大地夸赞了小外孙。

★Question★

你知道这道数学题的答案吗?

Answer

假设购买的火鸡为X,购买的鸭子为Y,购买的鹅为Z。那么用代数方法就可以解答。X*X+Y*Y+Z*Z=211,X+Y+Z=23,火鸡买了11只,鸭子买了9只,鹅买了3只。

蜜蜂的旅程

很久很久以前,两名自行车运动员同一时间从甲乙两地出发,相对而行。当他们相距300千米的时候,有一只淘气的小蜜蜂在两个运动员之间不停地飞来飞去。直到两名运动员相遇了,小蜜蜂才乖乖地在一名运动员的肩上停下来。

小蜜蜂以每小时100千米的速度在两个运动员之间飞行了3个小时。在此期间,两个运动员的平均车速为每小时50千米。

★Question★

这只小蜜蜂一共飞行了多少千米?

Answer

这只小蜜蜂整整飞了3个小时,一共飞行了300/(50+50)*100=300千米。

狡猾的狐狸

众所周知,狐狸是一种非常狡猾的动物,经常坑害其他动物。

这天,一只狐狸在市集上一瘸一拐地走着,心里思量着发财投机的办法。

这时,他看见一只小鹿在卖大葱,就走过去问:“小鹿,大葱怎么卖?一共多少根葱啊?”

小鹿说:“1千克葱卖10美元,一共100千克。”

狐狸心眼一动,坏主意便打定了,他问小鹿:“你这葱,有多少葱白,多少葱叶呀?”

小鹿不知道狐狸想做什么,老实地回答说:“我这里的大葱,一棵有20%葱白,80%的葱叶。”

狐狸眼睛里闪烁着狡黠的光,他说:“1千克我付7美元,买你的葱白;葱叶,1千克付你3美元。7美元加3美元正好等于10美元,行吗?”

小鹿想了想,觉得大葱整卖也是10美元,没有什么区别,就答应卖给他。狐狸笑了笑,列了个算式,开始算钱:

7×20+3×80=140+240=380(元)

他指着公式说:“100千克大葱,葱白占20%,就是20千克。葱白每千克7美元,就是140美元;葱叶占80%,就是80千克,每千克3美元,总计240美元。合在一起是380美元。对不对?”

小鹿的数学不好,豪爽的它直接说:“你算对了就行。”

“我数学很好的,肯定没错,380美元,给你!”狐狸把钱递给小鹿。

小鹿卖完葱往回走,总觉得钱数不对,可是自己却算不出来哪里不对。路上遇到数学老师老山羊,便请老山羊给他解答疑问。

老山羊说:“你原来大葱是1千克卖10美元。你有100千克,应该卖1000美元才对,狐狸怎么只给你380美元呢?”

小鹿点了点头:“真是这样,但是我想不明白哪里错了!”

老山羊说:“按照狐狸给你的价钱,2千克才能得到10美元,原本你是1千克卖10美元,已经吃一半亏了。”

小鹿问:“吃一半亏,那我也应该得500美元才对,怎么才只得380美元呢?”

★Question★

小鹿到底是怎么吃亏的?

Answer

1千克葱白吃亏3美元,20千克吃亏60美元;1千克葱叶吃亏7美元,80千克吃亏560美元,合起来正好少卖了620美元。

小蚂蚁的任务

小小的蚂蚁,辛勤无比。它们忙到东来忙到西,到处寻觅食物。

一天,有一只蚂蚁出来侦查,在路边发现一条刚刚死了的大昆虫。它马上跑回洞里召集了10个伙伴一起来搬走猎物。当他们赶到那条大昆虫身边,却发现自己力量不够,不管它们怎么齐心协力,大昆虫仍然是纹丝不动。焦急的他们围着猎物转来转去,最后决定:再次召集其他蚂蚁一起来搬走猎物。

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