002德·梅齐里亚克的法码问题The Weight Problem of Bachet de Meziriac

一位商人有一个40磅的砝码,由于跌落在地而碎成4块.后来,称得每块碎片的重量都是整磅数,而且可以用这4块来称从1至40磅之间的任意整数磅的重物.

问这4块砝码碎片各重多少?

1)首先把具体问题抽象成数学语言,可以叙述为:

已知一个k项的自然数列a,通过对各项进行加减运算,可以表示个数最多的连续自然数1,2,…,S中的任意一个。


2)用归纳法进行分析问题;

(i)当k=1时,则取a1=1,S=1;

所以取a1=1,可以表示自然数1

(ii)当k=2时,取a1=1,讨论a2取值:

已知a2>a1,则a2可以取2,3,4…..

当a2=2时,可以表示1,2,3(2+1)

当a2=3时,可以表示1,2(3-1),3,4(1+3)

当a2=4时,无法表示出2

所以取a1=1,a2=3,可以表示1---4之间的连续自然数

(iii)当k=3时,取a1=1,a2=3,讨论a3取值:

已知a3>a2,则a3可以取4,5,6…..

这里分析一下之前的两种情况,可以发现,加入a3之后,首先要能表示出5,其次要想尽可能表示更多数,a3就要尽可能的大,所以5就应该是通过减法而不是加法得到的。

则可以写出a3—4=5,则a3=9

经验证,满足题目要求,当a3>=10的时候,不能表示出5

所以取a1=1,a2=3,a3=9,可以表示1--13之间的连续自然数

(iv)当k=4时,取a1=1,a2=3,a3=9,讨论a4取值:

根据在(iii)里推断出方法,a4-13=14,则a4=27

所以取a1=1,a2=3,a3=9,a4=27,可以表示1—40之间的连续自然数

(v)所以通过归纳法,这样的计算还可以继续推广下去

3)这样就得到了四块砝码的重量为1磅,3磅,9磅,27磅。

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