我是一个“西瓜控”,不管夏天还是冬天,都喜欢吃。要是一人独享西瓜的话,我都是一刀两半,然后拿勺子大口大口地吃,痛快。可是如果和家人朋友一起分享的话,那只好把西瓜切成一块一块的,大家一人一块的这么吃。可是面对西瓜,我总会邪恶地挑大块的吃,以免“吃亏”。如果两个人分瓜,一人一块轮流吃下去,谁会吃得多呢?又怎么才会吃得多呢?
你或许不知,这也是一个有趣的数学难题呢,虽然不像哥德巴赫猜想这么有名,但它也整整经历了15年才终于在去年被成功解决。
问题最早在1967年《数学杂志》上被提出,好事之人叫厄普顿(Upton),但他关注的不是分西瓜,老外嘛,爱分Pizza。因此问题如下:如果有一个Pizza,经若干刀分成顶角相等的若干份之后,两个人按照顺时针(或逆时针)的顺序一人一块来吃的话,谁能吃得多呢?这个问题看似很白痴,有人会说,每个人都取来自己分得的Pizza,然后称一下不就知道了吗?但这个问题在数学家眼中,却是另一个世界。
问题的开端:切2刀和切偶数刀
数学家磨刀霍霍,开始考虑各种情况。第一,如果每一刀都经过Pizza的圆心的话,那当然不管切几刀,两个人都会分到一样多。实际上人们分Pizza不可能精确地都切过圆心的,所以问题来了:如果每一刀交错点不在圆心上,那两个人谁能分的多呢?
显而易见,切两刀的话,那Pizza会分成四份(见下图)。如果两刀的交错点不在圆心,那么一定会有一块大一些,也就是包括Pizza圆心的那一块。结果不难推出:吃到Pizza圆心的那个人会分得更多Pizza,也就是图中白色的两块Pizza。
如果切4刀,6刀,8刀或更多的偶数刀的话,结果就有所不同了——两个人会分得一样的Pizza。(见上图)这个问题并不是很难证明,不用很难的代数知识就可以解决。厄普顿也就是做了这个工作,分析了所有偶数刀的分发结果。可如果是切3,5,7,9刀呢?这才是真正难题的开始。厄普顿并没有研究这个,它也就一直沉寂到了1994年。
真正的难题:切奇数刀的话
数学家迪尔曼在1994年的时候同样是在《数学杂志》上再次提到了这个Pizza难题,并且邀请广大数学家们来解决:如果切奇数刀会怎么样?他自己计算了,如果切3刀的话,吃到Pizza中心的人会分得的更多。然后另一个数学家马布里加入了这个研究,他计算了切5刀的情况。结果正好相反,吃到Pizza中心的那个人会分得更少。如果继续计算下去,再增加两刀达到7刀的时候,结果又反过来了……每到下一个奇数,结果好像就颠倒一次。(见下图)
如何分析所有奇数的情况呢,这似乎才是问题的关键所在。迪尔曼和马布里两人由此展开了他们漫长的数学解密征途。这个问题看似简单,但是要做到严格的数学证明,并不容易,就像历史上那些著名的数学难题一样,需要精密而且精巧的方法,才能解决。
经过了漫长的15年,他们才终于征服了这个Pizza难题。15年,就研究了怎么分一个Pizza,听上去有点滑稽,但对于数学理论来说,这是一个不可忽视的贡献。具体的解决方法,我想我和大家都不能完全看懂,在此就不赘述,大致上他们把问题转化了一下:把“每多切一刀,两个人相比谁多谁少”由一个正负值的来表示。为了分析这个正负值是如何变化,他们需要一个代数模型来计算。经过多年来在无数的代数学已有的模型中辛勤搜索,他们终于从一篇1979年的论文中找到了所需的模型,然后问题迎刃而解。结论也就是——切3,7,11,15刀(4N-1刀)时,吃得到Pizza中心的人会分得更多;切5,9,13,17刀(4N+1刀)时,吃到中心的人分得少。
问题是解决了,结论是证明了,不过有人问,这个给我们的工业生产带来什么好处了吗?没有,暂时还没有。数学的美,不在于那些,而在于其精巧的思路和严谨的逻辑,这才是一个有一个数学难题真正的魅力。不过这至少让我知道了,如果我和另一个人分西瓜的时候,如果切了偶数刀的话,那就一人分一半;如果切了奇数刀的话,那我有50%概率多吃到西瓜。也就是说不用想太多了,总体来说,西瓜总是平分了的。但是对于看了本文的朋友们,你们现在应该有足够的自信大胆切奇数刀,然后保证自己能吃到更大分的Pizza(或者西瓜)吧。
(最后特别感谢小庄,小方,郑然对本文的帮助,排名先后不代表贡献大小,谢谢)
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第一,如果每一刀都经过Pizza的圆心的话,那当然不管切几刀,两个人都会分到一样多。
这个错了吧,切两刀,过园心的话应当是第一个人吃得多吧?选夹角大的那块先吃吃得多么
过圆心的话,不管切几刀,选择总夹角最大的吃的多
伪科学哦
前提说了,这若干份的顶角要都相等~
查了一下原文献,要求顶角是相同的,这个确实是作者失误了忘记写上……小易你赶紧改过来吧~
我觉得数学家想的问题还真是比较无聊,花个几十年研究个问题,最后发觉对人类没啥用
不怕货比货,就怕不识货。还好像你这样没什么眼光的人比较少
一个妇人问法拉第电磁感应有什么用,答曰:刚出生的婴儿有什么用。
(+﹏+)~狂晕,( ⊙o⊙?)不懂……我只是小学生……
请问达人,n元一次方程组,需要n个不相关联的n元一次方程式才有唯一一组解。我想问:存在有n+1个不想关联的方程式吗?
考虑一下一元一次,你就有答案了
一元一次方程都可以直接算出答案,这可以看作简化方程后都是一个方程,即一元一次方程只有一个方程形式即x=x,并没有二个以上的方程。
大赞 解释得很通俗
x=1,x=2
是无解的
n+1个不想关联的n元一次方程式不存在。
学习线性代数中矩阵的秩理论就明白了。
不存在,线性代数基本知识可以知道,第n+1个方程一定与之前的线性相关。
切西瓜是球形,和切pizza一样吗?
条件不足
就是喜欢数学的美!
过圆心时,确实只有奇数刀比较明显啊
如果切的不是圆呢?比如不规则图形,那么结果会是一样的么?
我想起了另外一个故事,说的是先挑大块西瓜吃的人吃得慢,于是最后吃的反而少
楼主似乎漏说了个条件,在交点不过圆心的情况下,批萨被切分后是要求每一块批萨圆弧所对的那个三角的角度都必须相等的。
Pingback: 15年的数学难题—分Pizza | 南县立达中学
切偶数刀就能保证两个人分的一样,还是值得怀疑,如果那两刀切得很偏的话,尤其是靠近边缘!
两刀不行,人家没说2刀可以啊,4刀以上;
两刀完全可以使其中一块大于50%,怎么可能平分哪!?
这篇文章涉及的几个命题 请作者详述推导 不然大家理解上多有偏差
前提:交于一点。两人轮流拿的意思是:第一个人拿1块,第二个人拿两块,第一个人再拿两块。直到拿完。
看意思切割的前提应该是每份的尖角角度应该是360/2n刀哈
貌似过圆心,切奇数刀才平分啊。我不懂数学,画画图都觉得偶数刀不太会平分:)
作者是否再检查下?
似乎有其他条件,文章没有写明,参考图片:http://www.maorongrong.net/pizza.jpg
asg 说: 似乎有其他条件,文章没有写明,参考图片:http://www.maorongrong.net/pizza.jpg
有道理,“http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2010/03/4-Cuts.jpg”图里的每个红色区域的两边缘可以无限趋近,导致红色分区面积趋于零(如果不是要求双方弧长相等的话)。
希望作者补充完整。
数学很有趣
可惜我不会成为一个数学家
应该有个条件,每一片的角度是同样大的。否则可以切出一块特别大的,秒杀其它的。
现次提请作者注意这个问题。