如果你曾经让一个小孩子为几个人切馅饼,这个孩子很可能会为他/她自己切一块,然后把刀递给你。为了提高整体效率,年龄稍大的孩子自然会选择垂直切割整个馅饼。年幼的孩子可能会觉得这太无私了。这个谜题旨在帮助你重拾童心。
你将设计一系列切割方案,将一个方形馅饼分割成相等的几份,供几个人分享。最终提供给每个人的那块馅饼被称为“最终块”。以下是规则。
1. 所有切割都必须是直线且垂直的。
支持科学新闻报道
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2. 所有最终块必须包含相同体积的馅饼(并且,由于第一条规则)相同面积的馅饼顶部。
3.儿童切割规则: 除了最后一次切割外,每次切割都应产生一块最终块,最后一次切割应产生两块最终块。
目标,诚然,孩子们可能想不到,是最小化所有最终块的周长之和。
热身题
我们从图 1 中的方形馅饼开始。我们可以使用两次平行切割 (A) 或两次垂直切割 (B) 将方形馅饼切成三块。两者都满足三个规则:相等大小的最终块、垂直切割和儿童切割规则。哪种切割方式产生的总周长更小?
热身题解答
在平行切割情况 (A) 中,每个最终块的周长为 1 + 1/3 + 1 + 1/3 = 8/3。因此,三个最终块的总周长为 8。两次垂直切割 (B) 产生的第一块最终块的周长为 8/3,剩余两块最终块的周长均为:2/3 + 1/2 + 2/3 + 1/2 = 7/3。因此,总周长为 8/3 + (2)(7/3) = 7 1/3。
现在轮到你了。
问题: 1. 找到一种符合上述三个规则的切割设计,该设计应使五块馅饼的总周长最小。
对于其余的问题,假设我们放弃儿童切割规则,但保留前两条规则(相等体积和垂直切割)。
2. 在这种情况下,对于五块馅饼,你能做得好多少?假设你的切割必须平行于正方形的原始边缘?
3. 在相同的假设下,九块馅饼又会怎样呢?(提示: 这道题有一种俄罗斯套娃的感觉。)
4. 再次尝试五块馅饼,如果切割不必平行于正方形的边缘。
推广到更多块馅饼涉及到一些巧妙的递归。如果你正在寻求挑战,不妨尝试一下。