小学生直尺最小的刻度值是多少,小学直尺口诀

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-04-06 11:05:16

(稀疏尺长度与刻度数的关系图。横轴为尺的长度,纵轴为尺子所需刻度数。可以看到,它不是单调递增的,在横轴为 137 的位置处,第一次减少 1。此后偶尔可以减少 1,并且间隔似乎很有规律。)

这太反直觉了。因为在我看来,减法是一个可以“微调”的操作。那么,难道是 138 这个数字有什么魔力,使得我们可以用 20 个小于等于 138 的数字,得到全部从 1 到 138 的差值。而当最大值为 135 和 136 时,却需要 21 个数字?这真的像一个玩笑,但也使这个问题一下子有趣起来。

并且,罗宾逊发现,这种情况在后面还多次出现,比如在长度 153,168 附近,看上去是存在无穷多把稀疏尺不是完美尺了。以上是 Intel 的研究员罗宾逊的发现。

2019 年到 2020 年,Wolfram(Mathematica 软件的开发公司)公司的研究员艾徳·佩格(Ed Pegg Jr.)也对这个问题产生了兴趣,进行了一番研究。他得到了一个有意思的结论,如果 是长度为 n 的稀疏尺的刻度数,则定义 E(n)如下:

其中 是四舍五入到整数。佩格证明了,对所有的 n:

,也就是 E(n)等于 0 或者 1。也就是说, 是计算稀疏尺刻度数量的一个不错的公式,最终的稀疏尺刻度数要么恰好是它,要么多 1。

Pegge 的证明过程很有意思,用了很多可视化方法来提示思路。他先是绘制了这样一张图:

小学生直尺最小的刻度值是多少,小学直尺口诀(9)

横轴是刻度数量,纵轴是需要这么多刻度数量的稀疏尺长度。粗体表示那些长度位置上,实际所需刻度数要加 1。看上去是不是感觉有些规律?

他又根据当时已知的猜想的稀疏尺刻度数,把上图扩展到长度至 10501,得到了如下这张图:

小学生直尺最小的刻度值是多少,小学直尺口诀(10)

OEIS(https://oeis.org/)的站长, Neil Sloane 称这张图为:乌云笼罩下的阴暗魔鬼磨坊(“Dark Satanic Mills on a Cloudy Day”)。用 AI 生产了一张图,还有真有点像:

小学生直尺最小的刻度值是多少,小学直尺口诀(11)

根据“磨坊图”,Pegg 猜想出了 这个数字,并且他分别对长度大于 257992 和小于等于 257992 的稀疏尺进行讨论,最终证明了前述结果。

并且,根据这个结果,Pegg 分析说那个“最优尺猜想”基本上是对的,并且很可能当尺子长度足够长以后,所有的稀疏尺都符合威克曼公式,都是威克曼尺。

Pegg 写了一篇关于稀疏尺问题的blog[2],有很多图片,值得一读:

小学生直尺最小的刻度值是多少,小学直尺口诀(12)

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