每周一题:人和异鬼的战斗(附上周答案)

本期题目:分豆子挑战
你和你的朋友一共四个人,围坐一圈。每个人有2颗豆子。每颗豆子经过一下步骤都可以变为2颗:
你将一颗豆子掰为两半,当做两颗,分给你左右边的朋友各一颗
任何手里有豆子的人的,都可以重复上述步骤,将一颗豆子分为两颗,给左右边的朋友各一颗。
每轮只能有一颗豆子被分成两颗
每轮后,统计每个人手里的豆子。
请问,至少经过多少轮后,每个人手里恰好有四颗豆子?或者不可能完成?
请直接留言解答。
本期加餐题:人类与异鬼的战斗

《权力的游戏》最终一集结束了,但不妨碍我们做点有关于人与异鬼作战的数学计算。我们将战斗规则简化如下:
单个人与单个异鬼的战斗的结果是五五开,胜负各半
如果人获胜,则异鬼彻底被杀死
如果异鬼获胜,则被打败的人会变成异鬼,加入异鬼军团
假设战斗总是一对一依次进行,直到某一方阵营剩下的人或异鬼数为0。
请问:在两个人和一个异鬼的战斗中,人类胜算多少?2 vs 2会如何?如果你有兴趣,请分析下任意人数的人和异鬼的战斗结果,可以借助计算机的帮助。
请直接留言或发邮件至:dalaoliliaoshuxue @gmail.com 解答
上周题目:砝码的设计
你有一架天平。你想称量重量从1到121的所有物体(假设被称量物体重量总是整数)。你想用最少数量的砝码完成以上目标,请问应该如何设计砝码的重量,最少需要多少个砝码?
答案:最少需要 5个砝码。
每个砝码最多有三种状态:在天平左边、右边或者不用。因此有n个砝码的话,我们最多可以得到
种组合。
也可以这样思考,在每次称量中,将最后的重量用砝码的和表示时,每个砝码重量之前的系数可以是+1,-1或0,分别表示砝码在左边、右边或者不用。
但是在

种组合中,其中存在重复的重量。每一次称重结果中,交换天平左右砝码位置,必然得到重复的重量。再考虑到重量“0”是不重复的,因此,总的不重复的组合上限是:

因为

,所以我们至少需要5个砝码。
这5个砝码的重量分别为1,3,9,27和81,具体证明请看加餐题。
所有答对的答案已置为精华留言。
上期加餐题:扩展的砝码设计
假设你有n个经过精妙重量设计的砝码,它们可以称量从1到W所有整数重量的物体,那么W的最大值是多少? 这些砝码的重量是如何设计的?
解答:W的最大值就是

。我收到了署名“初二学生李杭远”的解答,特全部转发如下:

在喜马拉雅FM收听:”大老李聊数学”:
