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昨天,和昍一起去看了《复仇者联盟3》。 宇宙的资源有限,但生命的欲望无限,如果不采取措施,宇宙会走向毁灭。超人灭霸所在的泰坦星就面临这一困境。最终,灭霸想出了一种让宇宙保持平衡的简单粗暴做法:让一半的生命消失。
 
可怎么让一半的生命消失?和小孩子探讨这一问题本身有些残忍。那就把人改成老虎吧。
 
有10只饿红了眼的老虎,每一只必须在一天内吃掉另一只老虎才能活下来(假设两虎相争,结果一定是一死一活),请问这一天下来,还剩下几只老虎?
 
昍的第一反应竟然是一只不剩。理由是:第2只吃掉第1只,第3只吃掉第2只,第4只吃掉第3只,……,一直到第10只吃掉第9只,第1只吃掉第10只。
 
慢着,第1只不是已经被吃掉了吗? 怎么还能吃第10只。他反应过来,还剩1只。
 
但1只显然不是唯一答案。最多能剩下几只呢?如果我们把10只老虎两两一组分为5组,那么最后生存下来的就是5只。
 
能不能比5只更多?这个问题听着有点无厘头。但实际上这有助于训练孩子的最大值最小值思维。要说明最多是5只,必须得:
 
1.证明5只是最多
 
2.给出一种剩下5只的构造方法
 
第2步的构造法我们已经给出了,剩下的是证明最多只能剩下5只了。目前这个问题的证明很简单:如果剩下大于5只的话,那肯定有老虎没有吃到另一只老虎。更难的问题,有可能证明过程会不那么容易,也有可能方案构造会很难。
 
当然,对于这一问题,有兴趣的同学可以去构造一下剩下2、3或4只老虎的可能方案。
 
不过这样的话,一定是相对强壮的老虎才能留下,对老、幼、病、残、孕不公平。看似凶恶的灭霸其实并非一个杀戮者,而是一个理想主义者。他希望能有一个对每个生命都公平的做法:从10个中随机地选择N个,让这N个不分种族、不分贵贱,自动从宇宙中消失。
 
和昍讨论这个他称之为“灭霸主义”的政策,我提了两个问题:
 
(1)灭霸的做法可取吗?
 
正常的价值取向都是不可取。但他又补了一句:人类不是经常做这样的事吗?
 
(2)地球的资源是有限的,但人口不断暴增,怎么办?
 
昍一时也想不起来。影片的最后,灭霸终于收集满了六颗原石,打了个响指,一半人在瞬间灰飞烟灭。但他不知道,智慧的中国还有一种可以在更长的时间尺度上保持生命数量平衡的方法——计划生育。我给昍略微解释了一下。比如姥爷姥姥只生了妈妈一个,爷爷奶奶也只生了爸爸一个,但爸爸妈妈就有昍昍和庭庭两个孩子。
 
计划生育可以控制人口的数量。从数学上讲,这真是一个天才的想法。如果超人灭霸知道还有这个选项的话,我想他也会采用这种无需流血牺牲的文明方式来达成他的目标。
 
但是,计划生育会让人口减少啊,昍立刻反驳。没错,那么,下一个问题就是:
 
一对夫妻,平均要生几个孩子才能保持人口数量的平衡呢? 
 
两个。嗯,基本差不多。如果按照我们之前那么严格的计划生育,每家只生一个的话,很快人口就会出现断崖式下跌。这也是最近我国为什么废除独生子女政策的根源。
 
但如果每家像昍的太爷爷太奶奶一样生的话,人口会快速爆炸。新中国成立前我们只有5亿人左右,但经过了20年,改革开放的时候我们的人口就接近10亿人了,几乎翻倍。事实上,20年大概是一代人的时间都不到,如果再这么超生下去,那人口将呈现指数爆炸。
 
关于指数爆炸的威力,有一则小故事。有个大臣发明了国际象棋,把它献给了国王,国王从此迷上了下棋。为了感谢这位大臣,国王答应满足大臣的一个要求。大臣说:“就在这棋盘上放一些米粒吧。第一格放1粒米,第二格放2粒,第三格放4粒,第四格放8粒,以此类推,一直到第64格。”国王暗喜,这位大臣竟然只要这点东西,他立即叫人拿米来。结果,国王很快笑不出来了。
 
不过,如果平均每对结婚的爸爸妈妈都只生两个,能保证人口数量不下降吗? 也不行,有些人可能不结婚,也有人会意外死亡。所以,生两个宝宝还不足以保证人口不下降。而生3个宝宝人口又会增长。平均来说,爸爸妈妈应该生2.2左右个宝宝才可以保持人口平衡。
 
可,怎么能生2.2个宝宝呢? 孩子有点疑惑。每个爸爸妈妈生的孩子只能是整数,我们说的是平均数。举个例子,就是10对父母一共生了22个宝宝。比如8对父母生2个宝宝,另两对父母生3个宝宝。
 
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昍爸

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37篇文章 2年前更新

昍爸,曾获初中和高中全国数学奥林匹克联赛一等奖,江苏赛区第一名,高考数学满分,现在大学计算机专业任教,平时注重提升孩子对数学的自我思考与应用能力。此公众号将伴随昍昍的成长,分享寓教于乐、学以致用的数学教育方式。微信公号:昍爸说奥数(xuanbamath)。

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