趣味魔术与数学故事
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2.流言蜚语

常言道:“好事不出门,坏事传千里。”最近一些小道消息在城里传得沸沸扬扬。有些事在发生后不到120分钟,每个人都听说了那件事,大家都知道了。

它令人叹为观止的传播速度,显得有些诡异。可是,倘若以数学方法解释该现象,就不会觉得奇异或难以置信——一切事物都能以数字的方式加以阐述,无须借助于小道消息的特性来解释。

我以实际发生的事情为实例来具体和大家说说。一天早上8︰00,省会出现了位外乡人,此人掌握一条所有人都想知道的信息(图29)。在这位客人入住的宾馆,他把信息透露给了3位当地人。假设这个过程用时一刻钟。

这说明,早上8︰15有4个人得知该信息:外乡人与3位当地人。

图29

人们都有与他人分享信息的嗜好,外乡人和几位当地人也不例外。于是3位当地人不约而同地分别将听到的信息说给了自己熟悉的另外3个人(图30)。假定共用时15分钟——与他人分享信息还需一段时间。这说明,此信息在传到省城仅30分钟后,得知这条信息的就多达13人(4+3×3=13)。

图30

而且知道这件事的人远不止这些人,人人都有倾诉的欲望,得知这条信息的另外9个人又都禁不住分头将其透露给了自己认识的其他3个人,于是到了8︰45,得知这条信息的人数上升为40人(13+3×9=40)。

假若此信息以如此的方式接着在省城流传,换言之,听说这件事的人也是在一刻钟的工夫里顺利将其告诉另外的3个人,这条信息就按以下的时间序列传递:

9︰00得知该信息的人有121人(40+3×27=21);

9︰15就有364人知道那条信息(121+3×81=364);

9︰30就有1 093人得知这条信息(364+3×243=1 093)。

通过数学运算,大家不难看出,一条信息仅用了1小时30分钟就有近乎1 100人知晓。或许,这在有50 000人的省城并不值得大惊小怪,可能大家会觉得,不见得省城的人都会迅速得知该信息。大家先别急,我们用数学工具来算算,就知道它流传的大概情况了:

9︰45有3 280人知道了这条信息(1 093+3×729=3 280);

10︰00就有9 841人得知这条信息(3 280+3×2 187=9 841);

10︰15,省城的29 524人得知这条信息(9 841+3×6 561=29 524),也就是说又用了一刻钟,省城的人就了解了这条信息(图31)。

图31

早晨8︰00外乡人将这条信息带进省城,不到11︰00几乎全城的人都知道了。

大家想象不到吧?以上的计算还有简易算法,由此我们便可得到下面的算式:

“1+3+3×3+3×3×3+3×3×3×3×3+3……”能不能如同我们之前运算数列“1+2+4+8……”似的很快求出最终的值呢?倘若大家明白这里合起来的数字存在下面这些特性,会立刻反应过来——原来还可以像以前那么运算:

3可以写成1乘2加1;

9等于1与3之和与2相乘再加1;

27为1与3和9之和乘2再与1相加;

81是1与3和9及27之和乘2加上1;

……

总结一下:数列的各个数字都为一些具有某些规律的数字求和后与2相乘,再与1求和的结果。

很显然,倘若是求自1至某个数字构成的数列总和,就以最末的数字与它的相加就行了(也就是从这个数里先减掉1)。

我们还是以实例加以说明:

1+3+9+27+81+243+729

=729+(729-1)÷2

=1 093

在这个故事中,得到信息的人仅将其所获得的信息告知了其他3个人。倘若省城的市民爱交际又很善于言谈的话,他们就不会把得到的信息只告诉另外3个人,而是5至10人,这么一来信息的流传速度更惊人。假若每个人每次传播给5个人,我们的运算结果就将变成如下的状况:

8︰00仅一人掌握该信息;

8︰15就有6人(1+5=6)知道这条信息;

8︰30的时候有31人(6+5×5=31)得知了信息;

8︰45时有156人(31+25×5=156)掌握了该信息;

9︰00就有781人(156+125×5=781)知晓了这条消息;

9︰15知道这条消息的人就是3 906人(781+625×5=3 906)了;

9︰30便有19 531人(3 906+3 125×5=19 531)掌握了这条信息。

以此速度流传的话,这条消息不到9:45就会在这座有50 000人的省城人人皆知。

若是得到该信息的人把它讲给10个人听,那样一来流传的速度只会更快。于是我们就该采用下面的数列来运算了:

8︰00仅外乡人知道;

8︰15就有11人(1+10=11)了解这条信息了;

8︰30知道消息的人就有111人(11+100=111);

8︰45可就有1 111人(111+1 000=1 111)获知了该消息;

9︰00的时候11 111人(1 111+10 000=11 111)获悉了这个信息。

显然,如此运算下去的话,那么下一个数字就该是111 111了对吧?这一运算值足以证明在9︰00过一点儿的时候这条消息就已经是满城皆知了。这充分说明,消息能在一个小时左右流传至省城大街小巷的每个角落(图32)。

图32