»  數學  2013-11-02 法碼問題(1)

法碼問題(1)   江銘輝    五夢網

  
圖:梅齊里亞克(左)及麥克.馬洪
 
法國數學家梅齊里亞克(Claude Gasdard Bachet de Meziriac(1581-1638),在他1624年出版的名著中,提出了下面這個問題:
某商人有一個重量40磅的砝碼,某日因不小心掉落地下而碎成四塊,事後,商人將這四塊碎片秤量後,發現它們的重量所含的磅數都是整數,而且以這四塊做為砝碼,可以秤出140磅等所有整數磅的物品,試問這四塊的重量分別是多少?
梅齊里亞克所提出的砝碼問題,後來由英國數學家麥克.馬洪(Percy Mac Mahon;1854-1929)1886年加以推廣到任意重的情形,不再限制在40磅,而考慮任意正整數W
在說明這個問題之前,我們須先了解一件事,如果我們想用數量較少的砝碼而能秤出更多不同的重量,那麼,我們應該在天平的兩端都可以放置砝碼;例如,假定我們只有兩個砝碼,一個是1磅,一個是3磅,如果砝碼限定只能放在天平的一端,那麼,利用這兩個砝碼只能秤出三種重量,即:1磅、3磅、及4磅。但是,如果砝碼可以放在天平的兩端,那麼,這兩個砝碼能秤出的重量,除了上面三種之外,還可以秤出2磅,因為我們把2磅的物品及1磅的砝碼放在天平的一端,而將3磅的砝碼放在天平的另一端,這麼一來,天平的兩端能夠平衡,就能秤2磅的物品。
我們已經知道,利用一個1磅及一個3磅的砝碼可以秤出1磅、2磅、3磅、4磅等四種重量,如果我們現在想秤出5磅的重量,那麼,最好是增加一個多少磅的砝碼呢?
這裡找出一個法則,即:
若有a1a2a3……,總重量w,即a1a2a3……Wn
如果適當把a1a2a3……分放在天平兩盤,它可任意的稱出從1Wn的物重,如a11a23二個砝碼,可稱W24以下的重量。
如總重量超過W2,則須增加一個砝碼,如果增加的砝碼an12 Wn1,則a1a2a3……an1可稱從1an1Wn的任一物體,即若an1=2 Wn1,則可秤從12 Wn1Wn任一物體,也就是說可稱從13Wn1的任一物體。
知道這法則以後,現在我們很容易知道,可以秤出140磅等所有整數磅的物品的四個砝碼。
1.如前面所述,二個法碼(a11a23),可以秤14的重量。
2.如超過4的重量,按照須增加砝碼a32 W21,可測13 W21的任一物體。也就是a32×419,可測113的任一物體。
3.如超過13的重量,按照法則a4a1+a+a3+1,可測13 W31的任一物體。也就是a42×13127,可測140的任一物體。
我們的答案是13927個砝碼,可以秤出140磅等所有整數磅的物品。

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