书城科普读物必听的数学故事
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第47章 地毯与火柴

一个魔术师拿着一块边长为8尺的正方形地毯去找一个地毯匠,要地毯匠把地毯改成长为13尺宽为5尺的长方形地毯。

地毯匠算了一下,说:“你拿来的地毯只有64平方尺,而你要我把它改成65平方尺的长方形地毯,怎么可能呢?我又不象你,会无中生有变魔术。”

魔术师笑了,“我不是为难你,你照我画的办法剪裁拼接,包你做得成。”魔术师拿出一张图给地毯匠,说:“你按我第一张图中的粗线把地毯裁开。然后你再按第二个图就可拼接成一个513的长方形了。”地毯匠横看竖看,始终看不出破绽,但又不敢下剪刀。

这究竟是怎么回事呢?

如果注意到这里涉及的各种图形的外形尺寸主要数据不外乎3、5、8、13这四个数,你就可以发现,这些数正是“斐波拉契数”。原来,斐波拉契数fn满足规律:

fn2-fn-1fn 1=(-1)n 1.

魔术师正利用了这一点企图愚弄地毯匠。但如果你仔细画一个大一点的图,你就可以发现,在拼接513长方形中,中间是有空隙的,这个空隙面积恰好等于1平方尺。

现在,大家明白了,这原来是利用斐波拉契数玩的把戏。

那么,如果要问:倘若真按上面的方式,使裁后拼成矩形的面积保持不变,应如何裁呢?拼成矩形长宽又各为多少呢?

设裁成直角边长为x及8的两个直角三角形及上、下底分别为x及8-x的两个梯形,拼成边长为8-x及16-x的矩形。据题意,有(8-x)·(16-x)=82(取号时的根>8,舍去)

个长方形地毯条,再把小长方形按对角线裁开成两个直角三角形,而得到直角梯形。这样才能拼接无误。

如果算出x及8-x的近似值,就可得到答案。

这两个数分别相当地接近3与5.

这个数正是“黄金分割”数。原来,斐波拉契数与黄金分割数有相当密切的关系。

还有一个“火柴游戏”:

有一堆火柴,至少2根,二人轮流从中取,先取的一方可任取,但不允许一次取完。以后取的一方所取火柴数不得超过对方刚才所取火柴的2倍。但每人每次都不能不取。规定取到最后一根者为胜。

如何制胜?有秘诀吗?

如果火柴只有2根,那么,先取者必败。

如果火柴有3根时,先取者败。

如果火柴有4根,先取者可胜。

如果火柴有5根,先取者败。此时先取者第一次取2~4根时,后取者取余下的;先取者取1根时,后取者也只取1根;先取者此时至多取2根,余下的被后取者取完。

如火柴有6根,先取者胜。他只取1根,后取者取1~2根。后取者若取1根时,先取者仍取1根,后取者取1~2根,先取者取余下的,胜。若第二次后取者取2根时,先取者可取余下的,胜。

经过实验,马上知道,若火柴根数是斐波拉契数时,后取者只要掌握窍门必胜;而火柴根数不是斐波拉契数时,先取者只要掌握窍门必胜。

大家可就根数为7、8、9……时设计出取胜的方法验证。这个结论是可以从理论上加以证明的。不过推证起来较为麻烦,这里就从略了。