logowanie


matematyka » zadania » zbiór zadań » rozwiązanie zadania

Zbiór zadań, (zadania ciekawe)

Zadanie 11

Problem Mendelejewa
Mendelejew kojarzy się z tablicą pierwiastków chemicznych. Był on jednak także w swoim czasie przewodniczącym Komitetu Miar i Wag i ta funkcja nasunęła mu pomysł sformułowania następującego problemu:
Jeśli mam odważniki o ciężarze a, b, c, d gramów, to jaka powinna być wartość liczbowa a, b, c, d, żeby przy pomocy tych czterech odważników można było zważyć każdy ciężar o wadze nie przewyższającej a+b+c+d gramów?
Problem ten ma dwie wersje, związane ze sposobem ważenia na wadze szalkowej.
Wersja I Odważniki wolno kłaść tylko na jednej szalce wagi, zaś na drugiej ważony towar.
Wersja II Odważniki można kłaść także na tej szalce, na której znajduje się ważony towar.


Rozwiązanie

Do rozwiązania problemu w wersji I wystarczy użyć dwójkowego (binarnego) systemu pozycyjnego.
Rozważmy to na przykładzie, gdzie musimy zważyć towar nie przekraczający 100 gramów - np. 89 gramów. Jakie odważniki będą do tego potrzebne? Liczbę 87 zapisujemy w systemie binarnym.

89 = 1 · 26 + 0 · 25 + 1 · 24 + 1 · 23 + 0 · 22 + 0 · 21 + 1 · 20 = 10110012

Waga będzie zrównoważona, jeśli na drugiej szalce położymy odważniki o ciężarach odpowiednio 1, 8, 16, 64, tzn. będących potęgami dwójki. Ponieważ każdą liczbę naturalną można zapisać w systemie dwójkowym, więc jeśli mamy komplet odważników, których ciężary są kolejnymi potęgami dwójki, 1, 2, 4, 8, 16, 64, 128, itd. wówczas możemy zważyć każdy towar nie przewyższający sumy ciężarów odważników tego kompletu.

Jeżeli ważenie odbywa się według wersji II, to wystarczy do tego celu komplet odważników, których ciężary są kolejnymi potęgami trójki: 1, 3, 9, 27, 81, ... . Wykorzystać należy więc trójkowy zapis pozycyjny, którego cyframi są 0, 1 i 2. Jeżeli ciężar ważonego towaru wyraża się liczbą, której trójkowy zapis pozycyjny zawiera wyłącznie 0 i 1, to wówczas zważyć go można metodą wersji I, kładąc na szalce tylko odważniki, odpowiadające cyfrom 1 w zapisie trójkowym. Na przykład towar o wadze 90 gramów zważymy za pomocą odważników odpowiednio 81 i 9 gramów, gdyż:

90 = 1 · 34 + 0 · 33 + 1 · 32 + 0 · 31 + 0 · 30 = 101003

Tą metodą nie da się jednak zważyć towaru o wadze np. 64 g, skoro mamy do dyspozycji tylko jeden komplet odważników. Przyczyną jest cyfra 2 w zapisie trójkowym liczby 64.

64 = 2 · 33 + 1 · 32 + 0 · 31 + 1 · 30 = 21013

Więc potrzebne byłyby dwa odważniki o ciężarze 27 gramów oraz po jednym o ciężarach odpowiednio 9 i 1 gramów. Ale 64 = 91 - 27 co w zapisie trójkowym wygląda tak: 21013 = 101013 - 10003. A więc na jednej szalce należy położyć odważniki o ciężarze 81, 9 i 1, zaś na drugiej razem z towarem odważnik o ciężarze 27 gramów, a następnie dla ustalenia wagi towaru wykonać odejmowanie.

Powstaje tylko pytanie: czy powyższy przykład to szczęśliwy przypadek? Nie!
Każda liczba naturalna c jest różnicą liczb naturalnych a i b takich, że cyframi w zapisie trójkowym każdej liczby z nich są tylko 1 i 0, przy czym cyfry 1 występują na innych pozycjach w odjemnej a niż w odjemniku b.


powrót do zbioru zadań | wersja do druku << poprzednie zadanie następne zadanie >>





© 2023 math.edu.pl      kontakt