一個有趣的數學游戲
來源:中國教育人博客 文章作者:tchzhang 2007-03-07 15:28:07

碰到一個數學游戲:有9根火柴,兩人輪流取,每次可取1根或2根或3根,火柴取完后,取得總數為偶數者勝。
在把這個問題搞清楚后(這個問題是后手必勝),我在想,能不能研究一般情況?即對任意多根火柴,應該如何研究?結論如何?為此,進行了如下研究:
定義兩個符合A(i)和B(i)分別用來表示對于i根火柴而言,先手最后能否取得奇數根和偶數根,具體的說,如果對于i根火柴,按上述要求取,先手有辦法保證最后能取得奇數根,則A(i)=1,反之,A(i)=0,而如果對于i根火柴,按上述要求取,先手有辦法保證最后能取得偶數根,則B(i)=1,反之,B(i)=0。
顯然有:
A(1)=1B(1)=0即對1根,先手可以保證取得奇數根,但不能取到偶數根。
A(2)=1B(2)=1即對2根,先手可以保證取得奇數根(取1),也能取到偶數根(取2)
A(3)=1B(3)=1即對2根,先手可以保證取得奇數根(取3),也能取到偶數根(取2)
對于4根而言,先手取掉一輪后,根據所取根數不同,總會變成1根或2根或3根的狀態,先手4根想取得奇數根,必須在這三種狀態中找到一種使對方取不到偶數的狀態。由B(1)=0知,這種狀態是存在的,于是先手四根只要取掉三根,對手面臨1根的情況,而B(1)=0,這種狀態下對方無法取得偶數,從而先手4根必可取得奇數根,即A(4)=1。下面考慮B(4),即先手4根能否取到偶數,取決于對手能否取得奇數,同樣,先手四根取一輪后,也會變成1根或2根或3根的情況,而A(1)A(2)A(3)均取1,無論先手四根變成取1或2或3,后手均可取得奇數根,這樣先手四根也只能取奇數根,于是B(4)=0。
以上分析對于i是偶數的情況是通用的,即對于任意大于2的偶數i,如果B(i-1),B(i-2),B(i-3)中有一個取0,那么A(i)=1,否則,A(i)=0.而對于任意大于2的偶數i,如果A(i-1),A(i-2),A(i-3)中有一個取0,那么B(i)=1,否則,B(i)=0.
我們可以分析一下A(5)的情況,先手取一輪后,必變成2根或3根或4根的情況,由于5是奇數,先手要想取到奇數根,必讓對手取不到奇數根,而A(2),A(3),A(4)均等于1,即無論先手5將局面變成哪種情況,后手都可以取到奇數根,從而先手5不能保證取到奇數根,即A(5)=0。同樣的分析,B(5)=1
以上分析對于所有的奇數是通用的。即對于任意大于3的奇數i,如果A(i-1),A(i-2),A(i-3)中有一個取0,則A(i)=1,否則,A(i)=0。而對于任意大于3的奇數i,如果B(i-1),B(i-2),B(i-3)中有一個取0,那么B(i)=1,否則,B(i)=0.
有了以上分析,不難得出以下結論:
A(1)=1B(1)=0
A(2)=1B(2)=1
A(3)=1B(3)=1
A(4)=1B(4)=0
A(5)=0B(5)=1
A(6)=1B(6)=1
A(7)=1B(7)=1
A(8)=0B(8)=1
A(9)=1B(9)=0(這個結論就表示對9根而言,先手無法保證取到偶數,即原題中后手勝)
繼續往下寫,可以發現,以上取值情況以8為周期循環。這樣,這個問題就得到了解決。
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