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圣艾夫斯问题


一首著名的童谣这样写道:“我去圣艾夫斯,遇见一人带七妻。每位妻子有七袋,每袋装有七只猫,每只猫有七小猫。小猫,猫,袋子,妻子,多少人前往圣艾夫斯?” 当读者遇到这个难题时,大多数人会开始拼命地加法和乘法运算,以计算提到的物体的总数。然而,这个问题是一个脑筋急转弯。因为叙述者在去圣艾夫斯的路上遇到了这个人及其妻子、袋子等等,所以他们实际上是离开——而不是前往——圣艾夫斯。因此,前往圣艾夫斯的人数“至少有一个”(叙述者),但可能更多,因为问题没有提及叙述者是否独自一人。

如果一位勤奋的读者仍然希望计算小猫、猫、袋子、妻子加上男人自己的总和 N,答案很容易通过等比数列给出

 sum_(k=0)^nr^k=(1-r^(n+1))/(1-r)
(1)

其中 n=4r=7。因此,

 N=sum_(i=0)^47^i=(1-7^5)/(1-7)=2801.
(2)

显式计算总和(但巧妙地分组),

N=7^0+7^1+7^2+7^3+7^4
(3)
=1+7(1+7(1+7(1+7)))
(4)
=1+7(1+7(1+7·8))
(5)
=1+7(1+7·57)
(6)
=1+7·400
(7)
=2801.
(8)

在公元前 1650 年的莱因德纸草书中,也给出了一个类似的问题,作为问题 79。这个问题涉及 7 所房子,每所房子有 7 只猫,每只猫有 7 只老鼠,每只老鼠有 7 斯佩尔特小麦,每只斯佩尔特小麦有 7 海卡特。物品总数是

 sum_(i=1)^57^i=19607
(9)

(Wells 1986, p. 71)。反过来,莱因德纸草书的问题在斐波那契的算盘书(1202, 1228)中被重复。


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参考文献

Eisele, C. "通过查尔斯·S. 皮尔斯的视角看算盘书。" Scripta Math. 17, 236-259, 1951。Gillings, R. J. 法老时代的数学。 Cambridge, MA: MIT Press, 1972。Wells, D. 企鹅好奇与趣味数字词典。 Middlesex, England: Penguin Books, p. 71, 1986。

在 Wolfram|Alpha 上引用

圣艾夫斯问题

引用为

Weisstein, Eric W. "圣艾夫斯问题。" 来自 MathWorld——Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/StIvesProblem.html

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