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無處不在的數學

來源:網絡 2009-08-20 09:27:17

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  當你趕到公交車站,看見要坐的那趟車剛剛離站,常常會很沮喪:太糟糕了,錯過了最近的一班車。如果到站時沒看見汽車離站,你會怎么想呢?上一班車開走了,下一班說不定馬上就到。

  日常生活中常有這樣的情況:等了很久都沒來車,忽然一下來了兩三輛。我一向認為等車是運氣問題,但數學家不這么看,他們給出了我從未想到過的答案。

  公交車為什么會會合?即使公交車每隔15分鐘準時開出車庫,乘客到達車站的稀密程度卻是不一樣的。某個站點忽然會有大量乘客聚集,他們須買票或者刷卡才能上車,這就使遇到這一情況的公交車慢了下來,從而使下一站集合了更多的乘客。同時,后一輛車更接近前車,因為兩車之間的候車時間減少,后車攬到的乘客少了,行駛速度加快。結果,要么是后車趕上前車,要么兩車同時到站。

  假定公交車每15分鐘從車庫駛出一輛,到達你所在的車站時3車會合,每輛車前后相差一分鐘。你知道自己平均等車的時間是多少嗎?

  按照數學家的計算,如果你看見一輛車剛剛駛離,也許它是第一輛或第二輛,那么你的等候時間只是一分鐘,如果是第三輛,則你需要等43分鐘。這意味著,下一輛車到來前,你的平均等候時間是(1+1+43)/3=15分鐘。而如果你到站時,沒看見公交車,意味著你是在兩輛車中間的間隔到達的,你等待的時間也許是不到一分鐘,但更大的可能是43分鐘,這樣算下來,你必須等候的平均時間是(43+0)/2=21.5分鐘。也就是說,如果你看不到一輛車駛離車站,你實際花費的等車時間會更長!怎么樣,這個結果讓你大跌眼鏡了吧?

  還有一個故事更有趣:菲爾的兩個女朋友,貝基和薩拉,分別住在城北和城南,他不能確定該去看誰,于是隨機到達車站時哪個方向的車先來,他就上哪趟車。向南的車是整點和整點過后的15分、30分、45分發車,向北的車是整點過后的1分、16分、31分、46分發車。一個月后,菲爾感到命運似乎在告訴他什么,因為他只去看過貝基兩次,卻看了薩拉28次!數學家告訴我們,這不是什么命運的安排。因為菲爾隨機到站,向南列車和向北列車,雖然車次與車次之間都間隔15分鐘,但向北的列車每班車都比向南的車晚1分鐘,這間隔的1分鐘,使菲爾隨機趕上向北列車的可能性大大低于向南的列車,于是他看薩拉的次數自然遠遠多于看貝基的次數了。這真是“概率弄人”啊。

  另一個與出行有關的數學題來自18世紀。哥尼斯堡城(在今俄羅斯)的市民熱衷一種消遣:連續而不重復地穿過這個城市的7座橋。沒人能夠完成。數學家歐拉把橋的地圖變換成網絡圖,最終發現:要走完一條線路而其中的每一段行程只許經過一次,只有當結點數(在這里,歐拉把每座橋看做一個結點。如果出自一個結點的線的數目是奇數,這個結點就是奇結點,如果數目是偶數,這個結點就是偶結點)是0或2時才可能。其他情況下,如果不走回頭路,就不能遍歷整個網絡。歐拉的這一發現對數學的兩個新領域——拓撲學和圖論做了貢獻。

  現實生活中,對于郵遞員或煤氣抄表員來說,不走回頭路意味著效率的提高。以色列電力公司曾請專人調整走街方案,把盡可能多的奇結點變成偶結點,結果發現走遍整個街區所需時間減少了40%,因此需要雇傭的工人也減少了。現代社會講究效率,對于提高效率,數學大有用武之地。

  有人在賭場里玩押大小的游戲,用幾百元本金贏到七八倍的利錢。他向朋友夸耀時得意的不是自己小有斬獲,而是如何運用數學推算出得勝的幾率。如同電影《雨人》,一心要發財的弟弟,把患有智障卻對數字驚人敏感的哥哥帶去賭場,從而大撈了一票。“我不信運氣,我信數學!”

  為什么找不到四片葉子的三葉草?應該在一星期中的哪一天購買彩票?怎樣把一塊正方形的蛋糕切成7等份?為什么淋浴總是太熱或者太冷?想知道這些問題的答案嗎?趕緊研究數學去吧。數學可不只是加減乘除。數學之美,無處不在。

 

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