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有100只蚂蚁分布在一把1米长的尺子上,尺子不仅离开地面有相当距离,而且尺子很窄不能让两只蚂蚁并排前进或错过。已知这些蚂蚁都在尺子上或向左或向右沿直线爬行,并且都始终保持每分钟1米的速度。比较奇特的是,任何两只蚂蚁只要互相碰头,就会立刻掉头向相反的方向爬行(掉头时间忽略不计)。当然,这些形同陌路个性固执的蚂蚁结局相同——爬到尺子的尽头时一只只相继掉落。现在的问题是:最多经过多长时间,所有100只蚂蚁都会从尺子的尽头落下去?
可以确信的是,几乎所有人在尝试解答之前,都预想到和蚂蚁一样晕头转向的现实场景:一般情形下,总会有许多相向而行的蚂蚁,有的向左有的向右难免就会碰头转向,这样一来,尺子上的情形就变得非常复杂。即使只有3只蚂蚁,要计算出它们走多久才掉下去,似乎就已经够难的,更不用说是100只了。
只有一种极端情形例外,那就是所有蚂蚁都朝一个方向前进,因为它们的速度完全相同皆为1米/分钟,就不会产生你追我赶的局面,那么这种蚂蚁顺向依次掉落的情况并不难解决。只要考虑落在最后的那只蚂蚁,哪怕它处在尺子的最末端,走到尺子的最前端也不过1米,那么最多经过1分钟,100只蚂蚁都会从尺子的尽头掉落。
相信你会皱着眉头感叹:哪有这样的好事啊!题目已经交待得很清楚,蚂蚁或左或右,而且尺子很窄不能让两只蚂蚁并排前进或错过。也难怪,当一位非常聪明善于思考的天体物理学家面对这个问题时,本能的反应就是需要立刻进行一次超复杂的模拟,使自己能够在数百万种不同的场景中找到其中的规律。真的需要如此吗?回答是否定的,因为这位智者过高估计了这道蚂蚁问题的难度。
事实上,我们只要把最为关键的两只蚂蚁迎面相撞进行合理的想象和转化,问题就会变得极其简单。想一想,当两只相向而行的蚂蚁A、B碰面时立刻掉头,并且速度始终保持不变,那么,你只要一眨眼或一恍惚再定睛观察时,一切都没有发生改变,向左的蚂蚁依然向左,后右的蚂蚁仍旧向右,相遇似乎并没有对它们产生任何影响。当然,这是错觉,因为真实的情况是你现在看到的蚂蚁A已经变成了蚂蚁B,只是外观和速度的一致性决定了蚂蚁连续行进的错觉,但这种错觉却导致了一个显而易见的合理事实:尺子上两只蚂蚁相遇掉头与两只蚂蚁交会而过的情形完全等同。
具体地转化理解是,尺子上的100只蚂蚁无论哪一只与哪一只碰头,都会进行电光火石般的瞬间替换,因为这种替换是如此之短,肉眼根本不能分辨相遇掉头的细节,所以就整体而言你看到的仍是,每只蚂蚁都在沿着自己原先的路线前进,自然流畅不受任何阻碍,虽然方向可能并不相同,可个个都直奔尺子的两端掉落。
如此一来,蚂蚁问题就自然转化为上面提到的理想模式,解答也变得清晰直观。一只蚂蚁需要走过的最长距离,显然不会超过尺子的长度1米。因为蚂蚁的行进速度是1米/分钟,而且每只蚂蚁都一条道走到黑,那么最多经过1分钟,100只蚂蚁都会从尺子的尽头掉落下去。
可以肯定,解答如此简捷是许多人没有想到的,可答案就是这么简单。当然这种简单是建筑在不拘泥于细节的全局审视前提下,并充分反映出数学策略中整体思维与转化思维的特点和应用。
可以确信的是,几乎所有人在尝试解答之前,都预想到和蚂蚁一样晕头转向的现实场景:一般情形下,总会有许多相向而行的蚂蚁,有的向左有的向右难免就会碰头转向,这样一来,尺子上的情形就变得非常复杂。即使只有3只蚂蚁,要计算出它们走多久才掉下去,似乎就已经够难的,更不用说是100只了。
只有一种极端情形例外,那就是所有蚂蚁都朝一个方向前进,因为它们的速度完全相同皆为1米/分钟,就不会产生你追我赶的局面,那么这种蚂蚁顺向依次掉落的情况并不难解决。只要考虑落在最后的那只蚂蚁,哪怕它处在尺子的最末端,走到尺子的最前端也不过1米,那么最多经过1分钟,100只蚂蚁都会从尺子的尽头掉落。
相信你会皱着眉头感叹:哪有这样的好事啊!题目已经交待得很清楚,蚂蚁或左或右,而且尺子很窄不能让两只蚂蚁并排前进或错过。也难怪,当一位非常聪明善于思考的天体物理学家面对这个问题时,本能的反应就是需要立刻进行一次超复杂的模拟,使自己能够在数百万种不同的场景中找到其中的规律。真的需要如此吗?回答是否定的,因为这位智者过高估计了这道蚂蚁问题的难度。
事实上,我们只要把最为关键的两只蚂蚁迎面相撞进行合理的想象和转化,问题就会变得极其简单。想一想,当两只相向而行的蚂蚁A、B碰面时立刻掉头,并且速度始终保持不变,那么,你只要一眨眼或一恍惚再定睛观察时,一切都没有发生改变,向左的蚂蚁依然向左,后右的蚂蚁仍旧向右,相遇似乎并没有对它们产生任何影响。当然,这是错觉,因为真实的情况是你现在看到的蚂蚁A已经变成了蚂蚁B,只是外观和速度的一致性决定了蚂蚁连续行进的错觉,但这种错觉却导致了一个显而易见的合理事实:尺子上两只蚂蚁相遇掉头与两只蚂蚁交会而过的情形完全等同。
具体地转化理解是,尺子上的100只蚂蚁无论哪一只与哪一只碰头,都会进行电光火石般的瞬间替换,因为这种替换是如此之短,肉眼根本不能分辨相遇掉头的细节,所以就整体而言你看到的仍是,每只蚂蚁都在沿着自己原先的路线前进,自然流畅不受任何阻碍,虽然方向可能并不相同,可个个都直奔尺子的两端掉落。
如此一来,蚂蚁问题就自然转化为上面提到的理想模式,解答也变得清晰直观。一只蚂蚁需要走过的最长距离,显然不会超过尺子的长度1米。因为蚂蚁的行进速度是1米/分钟,而且每只蚂蚁都一条道走到黑,那么最多经过1分钟,100只蚂蚁都会从尺子的尽头掉落下去。
可以肯定,解答如此简捷是许多人没有想到的,可答案就是这么简单。当然这种简单是建筑在不拘泥于细节的全局审视前提下,并充分反映出数学策略中整体思维与转化思维的特点和应用。