青蛙与睡莲

有一群青蛙幸福地生活在一个大池塘的一角。池塘的另一边有一片睡莲。一天,池塘里面流进来了一些具有刺激睡莲生长的化学污染物,它们可以让睡莲每24小时增长一倍。这对青蛙而言是个问题,因为如果睡莲覆盖了整个池塘,青蛙就将被赶出池塘。

我们来看三个问题:

·如何描述睡莲的增长?

·如果睡莲可以在50天内覆盖整个池塘,那什么时候池塘会被覆盖一半?

·如果青蛙有一种阻止睡莲生长的方法,但是需要花10天时间来将这个方法付诸实施。请问池塘被睡莲覆盖的面积最大可以达到多少百分比时,青蛙仍然还有可能采取行动挽救自己?

(一)我们先来看第一个问题:如何描述睡莲的增长?

睡莲的增长模式就是每经过一定的时间(这里是24小时),睡莲就会增长一倍。用数学公式来表述就是:(1+100%)^N(N次方),如果你用电脑画图,就会发现这个公式呈现出的就是一副指数增长图,刚开始变化很小,到最后增长趋势几乎达到90°。

与这个图类似的故事就是宰相西萨·班·达依尔发明国际象棋后,国王舍罕奖励宰相稻谷的故事,大家可以自行百度,我这里就不再复述了。

(二)我们接着来看第二个问题:什么时候池塘会被覆盖一半?

如果睡莲需要50天才能覆盖池塘,而且它们每天增长一倍,那么第49天结束的时候,池塘就将被遮盖掉一半,而不是在第25天。如果增长是线性的,那么池塘确实会在第25天结束时被睡莲覆盖一半。很多人对第二个问题的回答是25天,这在很大程度上可能是因为对于大多数人来说,想象线性增长的情形要比想象指数增长的情形来得容易。

(三)我们来看最后,也是最关键的一个问题:睡莲的面积最大可以达到多少百分比之前,青蛙仍然能采取行动挽救自己?

这个问题指出,青蛙可以阻止睡莲的增长,但是一共需要10天时间才能完成这项工作。因此,如果它们希望自己的工作能够收到效果,则它们最迟也要在第40天结束之前开始行动;否则,它们就必然会落后于睡莲并被赶出池塘。一旦时间走过了第40天,青蛙就只能束手就擒了——它们的末日到了。

那么,40天的时候池塘会被睡莲覆盖多少?解决这个问题的最简单方法就是倒推。我们已经知道,到第50天结束的时候池塘会被睡莲完全覆盖;第49天结束的时候被覆盖1/2;第48天结束的时候被覆盖1/2×1/2=1/4;第47天结束的时候被覆盖1/2×1/2×1/2=(1/2))^3……依此类推。这意味着在第40天结束的时候,也就是青蛙能够采取行动的最晚时间,此时池塘已经被睡莲覆盖了(1/2))^10。

(1/2))^10是一个非常非常小的数字——只是0.00098,比1/1000还要小。就这样,在必然灭亡的10天之前,睡莲所覆盖的面积尚不到整个池塘的1/1000!

从青蛙的观点来看,它们必须对很远很远地方发生的、非常非常小的事情保持警惕,并及时采取行动。如果它们在危险真正降临之前没有采取行动,比如它们突然发现睡莲已经覆盖了池塘的1/4甚至是1/2,那么,一切都晚了。

(摘录的一篇文章,细思极恐!)

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