一个纸牌“读心术”的数学原理

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  摘要:通过分析"读心术"的信息编码、解码过程,揭示了其中蕴含的数学原理。该魔术是利用鸽笼原理、排列与同余理论设计的。
  关键词:读心术 数学原理 鸽笼原理 同余理论
  惠譽 切尼(Fitch Cheney)在1950年发明了一个著名的纸牌"读心术"。
  道具:一副有52张的标准扑克牌(不含王牌)。
  表演者:3人(1位观众,魔术师甲、乙)。
  表演过程:
  首先,让观众随意洗牌,并从中抽取5张牌交给甲;
  然后,甲将4张朝上(明牌),1张朝下(暗牌)放在桌面上,这时乙参与进来(之前乙不可以在附近);
  最后,乙看了4张明牌,思考后告诉观众暗牌的花色和点数。
  例如:乙看到下列4名牌后,报出暗牌是梅花Q,经验证是正确的。
  一、问题提出
  甲怎么将暗牌的信息传给乙呢?乙怎么解读出暗牌呢?"读心术"背后蕴含怎样的数学原理?
  二、问题分析
  暗牌有2个信息:花色和点数。甲需要利用4张明牌来编码上述2个信息,然后,乙解码这些信息,得到暗牌的花色和点数。
  由鸽笼原理知,任取5张牌中至少有2张是同花色的,所以甲可将同花色的某张牌定为暗牌,并用明牌中某张同花色牌的位置来编码,将信息传递给乙。
  暗牌点数的确定需要利用其它3张明牌以及用来指定暗牌的那张明牌的点数,是问题的难点。为解决这个难点,我们将52张牌进行排序,再用同余理论来确定其点数。
  三、问题解决
  (一)确定暗牌的花色
  为叙述方便,我们规定同花色牌A到K的点数编号为1到13。4张明牌分别放在第1到第4个位置,暗牌放在第5个位置。第1个位置上明牌的花色就是暗牌的花色。
  (二)确定暗牌的点数
  四、拓展问题
  如果在纸牌中加入一张王牌,思考"读心术"是否依然玩得转?
  "读心术"是运用数学原理设计的魔术,它既蕴含数学的智慧,又体现魔术的乐趣。
  参考文献
  1. 罗纳德 J.古尔德著,庄静译.让你爱上数学的50个游戏--藏在魔术、纸牌、体育项目中的秘诀[M]. 机械工业出版社, 2016
  2. 潘承洞,潘承彪.初等数论[M].北京:北京大学出版社,2010
  3. 多米尼克o苏戴著, 应远马译.数学魔术--84个神奇的数学小魔术 [M].上海:上海科学技术文献出版社,2012
  作者简介:
  胡英武,男,(1975.03--),汉族,浙江武义人,硕士,副教授,研究方向:教师教育、高等数学教学、数学建模
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