小球稱重問題求解

2021-09-02 03:37:49 字數 2288 閱讀 7865

題目論述:

12個長相一樣的球中僅有

1個球與其他球質量不同,且不確定是重還是輕。請用天枰進行不超過三次的稱重,檢測出是哪個球與眾不同,並且要得出是重還是輕的結論。

為敘述方做如下定義。

定義1:與眾不同的球為x球,

11個相同的球為

o球,若與眾不同的球比其他

11個球重,則為重球,否則為輕球。

定義2:稱重中若球a比

b重,則

a>b

;若天枰平衡則

a=b;表示式中的a,

b,c。。。等編號直接代表編號為a,

b,c球的質量。

稱重的方法流程如下:

step1

:任意取出

8個球分成兩組稱重,將球進行編號

a+b+c+d vs e+f+g+h。

如果天枰平衡,說明

x球在未稱重的

4個球中,進行

step2

,否則進行

step3。

step2

:由step1

得出稱重的

8個球為

o球,另四個球編號

a,b,c,d

。取出乙個

o球組成如下圖組合稱重

o+a vs b+c      

case1

:o+a=b+c,說明d

球為x球,取出任意

o球進行第三次稱重

o vs d

,若o>d則d

為輕球,反之為重球。

case2

:o+a>b+c

,進行第三次稱重

b vs c:

如果b>c 

:則在b,c

中存在輕球,且b為

o球,c為輕球。

如果b:則在

b,c中存在輕球,且

b為輕球,c為

o球。如果

b=c :則a

為x球,又因

o+a>b+c,則a

為重球。

case3:  o+a,進行第三次稱重

b vs c:

如果b>c

:則在b,c

中存在重球,且

b為重球,c為

o球。

如果b:則在

b,c中存在重球,且b為

o球,c為重球。

如果b=c:則a

為x球,又因

o+a,則

a為輕球。

step3

:由step1得到8

個未定球中有乙個特別球,不妨設天枰形態為

a+b+c+d>e+f+g+h ①

進行第二次測量

o+a+e  vs  b+f+g 

,即在第一次測量的基礎上交換b和

e,用任一 o

球置換c

球,天枰兩側各去掉乙個d和

h。case1

:o+a+e = b+f+g

,說明在

①式中a,b,e,f,g均為o球,①式化簡為c+d>o+h。

進行第三次測量稱重c vs d,此情形同step2中case3.

如果c>d:則在c,d中存在重球,且c為重球,d為o球;

如果c

如果c=d:則h為x球,又因c+d>o+h,則h為輕球。

case2

:o+a+e > b+f+g②,說明step3中去掉的c,d,h為o球,且交換過程中無影

響的b和e也為o球,此時②化簡為o+a>f+g,第三次稱重f vs g。

如果f>g:則在f,g中存在輕球,且f為o球,g為輕球;

如果f如果f=g:則a為x球,且a為重球。

case3

:o+a+e < b+f+g,說明交換的b和e中有乙個是x球,且b>e。此時用任一o球同b和e中任一一球稱重,不妨 o vs b。

如果o=b,則e為輕球。

如果o

不會出現o>b的情況,反之若o>b,則b為輕球,e為o球,矛盾!

在稱重過程得出兩個有用的結論。

結論一:稱重中經常會出現乙個特定的情形:4個球中有乙個是o球,其他3個未知球中有一

個是x球,將四個球任意分成兩組,不妨設o+a vs c+d,此時將得到天枰的乙個狀態,然後

再 次稱重 c和d便可得出三個未知球中的所有資訊。

結論二:8個球在已知天枰形態的情況下再經過兩次稱重可以得到所有資訊;4個球分成兩組

在未知天枰形態下經

過2次稱重可得到所有球的資訊。而所有的情況都可以化為最簡單的結論

一的情形。

一般情形下的再說吧,太難了。

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