Научный редактор Александр Минько

Издано с разрешения Alex Bellos Ltd, c/o Janklow & Nesbit (UK) Ltd. и литературного агентства P. & R. Permissions & Rights Ltd., Limassol, Cyprus c/o PRAVA I PREVODI

Все мои проблемы начались с Шерил.

Она была сложной девочкой. Настоящая подстрекательница. Большая любительница поддразнить. Но я не мог не думать о ней. Во многих отношениях она изменила мою жизнь.

Здесь я хотел бы уточнить, что Шерил не существует. Она – главное действующее лицо задачи по математике на экзамене в сингапурской школе. Эта задача захватила мое воображение и вовлекла в исследование мира головоломок, приведшее к написанию этой книги.

Вы найдете задачу о дне рождения Шерил, а также исчерпывающую историю наших отношений (речь идет о задаче 21) чуть позже. А пока, прежде чем отправиться в путешествие по моим любимым задачам, предлагаю решить две увлекательные головоломки, которые подогреют ваш интерес к этой теме.

Во-первых, посмотрите на представленный ниже рисунок. Числа на нем расположены согласно определенному правилу. Установив его, вы найдете отсутствующее число. Число семь в последнем кружочке не опечатка.

Я считаю эту головоломку неотразимой. Она интригующа и не требует глубоких знаний математики. Задача прямо-таки подзадоривает вас решить ее, а когда вы находите ответ (если находите), у вас возникает возбуждающее, манящее чувство удовлетворения. Ноб Йошигахара – знаменитый японский изобретатель головоломок XX столетия – считал ее своим шедевром. Попытайтесь отыскать решение, прежде чем я раскрою его в конце этого раздела.

Вторая головоломка – о марсианских каналах. На карте Красной планеты отображены недавно открытые города и водные пути. Отправляйтесь в дорогу из города T на Южном полюсе. Передвигайтесь по каналам и, посетив каждый город только один раз и вернувшись в исходную точку, составьте предложение на английском языке.

Этой задаче, придуманной плодовитым американским изобретателем головоломок Сэмом Лойдом, более ста лет. Лойд писал: «Когда головоломка была впервые опубликована в журнале, свыше пятидесяти тысяч читателей заявили: “There is no possible way”[1]. И все же она очень простая». Вы будете кусать себе локти, если прочитаете решение, прежде чем попытаетесь найти его самостоятельно.

Если вы сделали паузу, чтобы заняться решением какой-то из этих двух задач, мне вряд ли нужно вам объяснять, почему разгадывание головоломок столь увлекательное занятие! Когда вы фокусируетесь на поиске решения, отвлекающие факторы исчезают. Необходимость использовать свой разум оказывает жизнеутверждающее воздействие. А дедуктивные размышления, выраженные в виде простых логических шагов, успокаивают, особенно на фоне алогичности реальной жизни. Кроме того, хорошие головоломки ставят вполне осуществимые цели, достижение которых приносит высшее удовлетворение.

Одним из следствий моей встречи с Шерил стала интернет-колонка головоломок в Guardian, которую я начал вести. Для поиска лучших головоломок я организовал переписку как с их любителями, так и с профессиональными создателями, а также погрузился в чтение книг. Меня всегда увлекали математические загадки, но до начала этой исследовательской работы я в полной мере не осознавал их разнообразия, концептуальной глубины и богатой истории. В частности, я не понимал, что тысячу лет назад основная роль математики (помимо решения скучных задач коммерческого плана, таких как подсчет и измерение) сводилась к обеспечению интеллектуальных развлечений и увлекательного времяпрепровождения. (Возможно, все так и осталось, учитывая, что число любителей судоку существенно превышает количество профессиональных математиков.) Головоломки составляют параллельную историю математики, которая отображает великие открытия и вдохновляет блистательные умы.

В этой книге представлены 125 специально отобранных головоломок, созданных за прошедшие два тысячелетия, плюс истории их происхождения и влияния. Я выбрал только те, которые считаю наиболее захватывающими, увлекательными и стимулирующими работу мысли. Их можно рассматривать как математические только в самом широком смысле, потому что их решение требует логического мышления, а не глубоких знаний математики. Все они пришли из Китая, средневековой Европы, викторианской Англии и современной Японии, а также из других мест и времен. Одни представляют собой традиционные загадки, другие созданы ведущими профессиональными математиками своего времени. Но во многих случаях происхождение задачи трудно определить. Подобно анекдотам и сказкам, головоломки постоянно меняются, поскольку каждое новое поколение приукрашивает, адаптирует, упрощает, расширяет и видоизменяет их.

Лучшие головоломки сродни настоящей поэзии. Они, с присущей им элегантностью и лаконичностью, пробуждают интерес, разжигают дух соперничества, проверяют нашу изобретательность, а порой даже открывают универсальные истины. Для решения хорошей головоломки не требуется никаких специальных знаний – только творческий подход, остроумие и способность ясно мыслить. Математические загадки захватывают наше воображение, поскольку отвечают стремлению человека осмыслить этот мир; доставляют нам удовольствие, потому что, решая их, мы постигаем смысл происходящего. При этом, какими бы поверхностными и надуманными ни были головоломки, стратегии, используемые нами для их решения, расширяют наш арсенал средств борьбы со многими проблемами в жизни. И самое важное – головоломки дают волю нашей интеллектуальной игривости. Они забавны и пробуждают любознательность. Представленный мной диапазон головоломок требует совершенно разных подходов к их решению. В одних случаях все будет зависеть от озарения, в других вам придется довериться интуиции, а в третьих… Но об этом мы еще поговорим.

Каждая глава посвящена определенной теме, а задачи следуют примерно в хронологическом порядке. Головоломки не упорядочены по сложности. Впрочем, зачастую определить уровень сложности довольно трудно, ведь то, что один человек воспринимает как пытки, другому кажется элементарным, и наоборот. Я объясню вам решение нескольких головоломок и подскажу, как разгадать еще несколько, но над остальными вам предстоит работать самостоятельно. (Ответы можно найти в конце книги.) Одни задачи достаточно просты. Над другими вы будете ломать голову несколько дней. Самые трудные обозначены символом . Даже если вы не справитесь с ними, надеюсь, их решение покажется вам таким же увлекательным, как и сами задачи. Порой самые волнующие ощущения вызывает открытие нового метода, идеи или последствий ее реализации, о которых вы не знали.

Перед каждой главой я привожу десять блицвопросов, чтобы настроить вас на нужный лад. Первый, третий и пятый разделы включают задачи повышенного уровня сложности, используемые организацией United Kingdom Mathematics Trust[2] в ходе национальных конкурсов по математике для школьников 11–13 лет. Все верно, для каждого ребенка по десять задач. Вы готовы к этому?

А теперь вернемся к задачам, которые я предложил в самом начале.

При взгляде на «числовое дерево» вы сразу же обратите внимание на его верхнюю левую часть. Как числа 72 и 99 могут дать 27?

Понятно! 99–72 = 27.

Другими словами, число в кружочке – это разность между числами в двух кружочках, которые указывают на него стрелками.

Обратите внимание: та же схема применима и к числу 18, которое следует дальше: 45–27 = 18.

То же верно и для числа 21: 39–18 = 21.

Это означает, что отсутствующее число должно быть равно разности между числами 36 и 21, то есть 36–21 = 15.

Для полноты картины продолжаем двигаться дальше по дереву: 28–15 = 13.

Замечательно! Закономерность сохраняется. Мы почти добрались до конца.

И вот тут нас поджидает сюрприз.

Последнее число 7 не равно разности между 21 и 13 – двумя числами, которые на него указывают.

Проклятье! Наше первоначальное предположение ошибочно. Число в кружочке не является разностью между числами в двух кружочках, указывающих на него стрелками. Йошигахара искусно провел нас по садовой дорожке только для того, чтобы в самом конце вернуть в исходную точку, а точнее, к исходному кружочку.

Как еще числа 72 и 99 могут образовать 27?

Ответ настолько прост, что вы могли его не заметить.

7 + 2 + 9 + 9 = 27.

Необходимо сложить все цифры, из которых состоят эти два числа.

Та же схема работает и в следующей строке:

2 + 7 + 4 + 5 = 18.

И в следующей. Стало быть, отсутствующее число должно быть таким: 2 + 1 + 3 + 6 = 12.

Последние два кружка тоже подчиняются данной закономерности: 1 + 2 + 2 + 8 = 13 и 1 + 3 + 2 + 1 = 7.

Это совершенно гениальная головоломка, поскольку Йошигахара нашел два арифметических правила, действующих для одних и тех же чисел на пяти шагах последовательности, и лишь одно из правил не выполняется на последнем шаге, причем всего на 1. Головоломка с волшебной легкостью ведет нас в неверном направлении. Нередко задача оказывается сложной не потому, что это действительно так, а потому, что мы неправильно подходим к ее решению. Примите это к сведению.

Вам удалось разгадать головоломку с марсианскими каналами? Значит, вы можете построить предложение «There is no possible way». Для этого нужно внимательно и аккуратно составлять слова из встречающихся букв.

Ну что, приступим?!

Итак, логика. Обоснованно было бы начать разговор с того, что логическая дедукция – это ключевое правило всех математических головоломок. Безусловно, логика – основа всей математики. Однако в терминологии занимательной математики логические задачи – это головоломки, при решении которых используются только дедуктивные рассуждения, без каких бы то ни было арифметических вычислений, алгебраических преобразований или рисования фигур на клочке бумаги. Головоломки – самый доступный тип математических загадок, поскольку они не предполагают специальных знаний и их можно сформулировать в юмористической форме. Но, как вы увидите далее, решать их не всегда просто, потому что они требуют нестандартного мышления.

И это происходит по меньшей мере со времен Карла Великого[3], короля франков.

В 799 году Карл Великий, который правил большей частью Западной Европы, получил от своего учителя и советника Алкуина письмо, в котором говорилось: «Я отправил несколько занимательных задач, чтобы тебя позабавить».

Алкуин был величайшим ученым своей эпохи. Он вырос в Йорке, где учился в городской кафедральной школе, а впоследствии стал ее руководителем. Слухи о репутации этого британца дошли до Карла Великого. Король уговорил ученого возглавить придворную академию в Ахене, где Алкуин создал крупную библиотеку и начал реформу образования во всей Каролингской империи. Позднее Алкуин покинул двор Карла Великого и стал аббатом монастыря в Туре; именно тогда он и написал вышеупомянутое письмо своему бывшему господину.

Алкуину приписывают изобретение слитного письма, позволившего ему и его многочисленным писарям быстрее писать. Некоторые считают, что именно он первым использовал специальный символ (диагональную волнистую линию) в качестве знака пунктуации для обозначения вопроса. Просто удивительно, что вопросительный знак придумал человек, являющийся одной из самых значимых фигур в ранней истории создания головоломок.

Документ, на который ссылался Алкуин в своем письме, не сохранился, однако историки убеждены, что это был сборник примерно из пятидесяти задач под названием Propositiones ad Acuendos Juvenes («Задачи для развития молодого ума»), самая ранняя уцелевшая рукопись которого датируется следующим столетием. Кто еще, утверждают историки, мог написать эту работу, кроме Алкуина, самого выдающегося учителя своего времени?

«Задачи для развития молодого ума» – замечательный документ, представляющий собой наибольший сборник головоломок времен Средневековья, а также первый текст на латыни, содержащий оригинальный математический материал. (Римляне строили дороги, акведуки, общественные бани и системы канализации, но не занимались математикой.) А начинается сборник с шутливой задачи:

Ласточка приглашает улитку на обед, для чего той нужно преодолеть расстояние в одну лигу[4]. Если улитка будет передвигаться по одному дюйму в день, то сколько времени ей понадобится, чтобы добраться до места назначения?

Ответ – 246 лет и 210 дней. Улитка умерла бы более чем за два столетия до конца пути.

Еще одна головоломка звучит так:

Один человек, встретив нескольких учеников, спросил их: «Сколько детей учится в вашей школе?» Один из учеников ответил: «Я не хочу говорить вам прямо, но скажу, как это можно определить. Удвойте количество учеников, затем увеличьте это число в три раза, после чего разделите его на четыре части. Если вы прибавите меня к одной из этих четвертей, получится 100». Сколько учеников в этой школе?

Маленькие умники! Оставляю эту головоломку вам для самостоятельного решения.

Шутливые формулировки Алкуина звучали новаторски. Впервые юмор использовался для того, чтобы заинтересовать учеников арифметикой. Однако важность сборника «Задачи для развития молодого ума» обусловлена не только новаторской стилистикой, но и тем, что он включал задачи новых типов. Некоторые из них требовали дедуктивных рассуждений при полном отсутствии вычислений. Наиболее известная головоломка Алкуина считается самой знаменитой математической загадкой всех времен.

1. ВОЛК, КОЗА И КАПУСТА

Человек приходит на берег реки с волком, козой и несколькими кочанами капусты. Ему нужно переправиться через реку, но в единственной имеющейся лодке одновременно может поместиться только он сам и что-то одно из того, что у него есть. Оставить волка с козой или козу с капустой нельзя, поскольку в обоих случаях что-то будет съедено. Как человеку перебраться на другой берег реки за минимальное количество переправ?

Эта головоломка замечательна по двум причинам. Во-первых, ситуация довольно комична. Вы все утро тащились по грунтовой дороге, отчаянно пытаясь не подпускать волка к козе, а козу к капусте. А дальше – еще хуже: вам предстоит переправиться через реку в небольшой лодке. И все же самым забавным и интересным в этом сценарии я считаю само решение задачи, которое заставляет человека действовать вопреки вашим ожиданиям.

Попытайтесь решить эту головоломку. В одной книге XIII века сказано, что это под силу даже пятилетнему ребенку. Или порассуждайте вместе со мной.

Предположим, путешественник находится на левом берегу реки. Изначально у него есть три объекта, из которых он может взять с собой в лодку всего один. Если он возьмет волка, коза останется с капустой и съест ее. Если возьмет капусту, волк съест козу. Методом исключения приходим к выводу, что во время первой переправы через реку путешественник может взять с собой только козу, поскольку волк не ест капусту. Наш герой переправляет козу на правый берег и возвращается за следующим объектом.

Теперь путешественнику предстоит сделать выбор между волком и капустой. Допустим, он решает взять капусту и переправляется через реку в третий раз. Он добрался до правого берега, но не может оставить капусту с козой. Что же ему делать? Он ничего не добьется, вернувшись на левый берег с капустой, поскольку только что ее перевез. Значит, ему придется вернуться с козой. Этот шаг противоречит здравому смыслу: для того чтобы путешественник переправил через реку все свое имущество, ему необходимо перевезти что-то через реку на другой берег, затем обратно, а затем снова на тот же берег.

После четырех переправ на левом берегу находятся волк и коза, и путешественник привязывает козу, в пятый раз отправляясь через реку, на сей раз с волком. Волк, перевезенный на правый берег, по-прежнему не посягает на капусту. Остается совершить последнее путешествие на левый берег, чтобы забрать бородатое жвачное животное, – и наш герой справляется с задачей за семь переправ.

(Существует и второе, эквивалентное решение: во время второй переправы взять с собой волка. Далее действует та же логика, и человек благополучно переправляется на другой берег со всем своим скарбом за семь переправ.)

В сборнике «Задачи для развития молодого ума» есть и другие задачи о переправе через реку вроде представленной ниже, напоминающей сюжет альковного фарса.

Ответ

2. ТРОЕ МУЖЧИН И ИХ СЕСТРЫ

Итак, троим мужчинам, у каждого из которых есть сестра, предстоит переправиться через реку. Все мужчины испытывают влечение к чужим сестрам. У реки стоит маленький паром, который может перевезти за один раз только двоих. Определите (если сможете), как всем героям переправиться через реку таким образом, чтобы ничья сестра не была обесчещена, оказавшись в лодке наедине с мужчиной, который не является ее братом.

Вы можете интерпретировать эту задачу двумя способами, поскольку формулировка Алкуина допускает двоякое толкование. Не вызывает сомнений лишь наличие трех пар, состоящих из брата и сестры, которые должны переправиться через реку, имея в своем распоряжении двухместную лодку. Однако в задаче может быть одно из двух ограничений.

Первое: в лодке не должны находиться мужчина и женщина, не связанные родством. В этом случае вся компания переберется на другой берег за девять переправ.

Второе: женщине нельзя находиться в лодке без сопровождения брата в тот момент, когда лодка высаживает или забирает пассажиров на том берегу, где есть другие мужчины. На мой взгляд, второй сценарий больше соответствует духу задачи, а ее решение в этом случае требует одиннадцати переправ. Попытайтесь найти оба варианта.

Задачи о переправе радуют детей и взрослых вот уже более тысячи лет. Распространяясь по миру, они менялись в соответствии с местной спецификой. В Алжире волк, коза и капуста превратились в шакала, козу и вязанку сена; в Либерии это гепард, птица и рис, а в Занзибаре – леопард, коза и листья. Задача о трех друзьях и их сестрах тоже преобразилась с течением времени: распутные мужчины вскоре стали ревнивыми мужьями, запрещающими своим женам путешествовать в одной лодке с другим мужчиной. В одном пересказе XIII столетия у пар были имена: Бертольдус и Берта, Герардус и Грета, Роландус и Роза. Решение представлено в виде двух гекзаметров[5]. (Если вы умеете читать на латыни, переведите для других; примерный перевод дается в ответах.)

Binae, sola, duae, mulier, duo, vir mulierque, Bini, sola, duae, solus, vir cum muliere.

В XVII веке пары состояли из господ и камердинеров. Каждый господин запрещал своему камердинеру путешествовать вместе с другим господином, чтобы тот его не убил. В XIX столетии характер социального противостояния в корне изменился: парами стали хозяева и слуги, причем слугам не разрешалось численно превосходить количество хозяев на любом берегу, чтобы у них не возникло искушения их ограбить. Затем темы сексизма и классовой борьбы сменила ксенофобия: в классической версии задачи появилась путешествующая группа из трех миссионеров и трех голодных каннибалов. Из истории этой головоломки можно узнать об эволюции социальных стереотипов столько же, сколько и о математике.

Задача о переправе появилась в 80-х годах XX столетия. На рубеже веков компания Microsoft использовала ее в качестве одного из тех пресловутых каверзных вопросов, которые ставят во время собеседования, для проверки навыков решения задач потенциальными сотрудниками. В этой головоломке главное – позволить логике взять верх над интуицией.

Ответ

3. ПЕРЕХОД ЧЕРЕЗ МОСТ (С НЕБОЛЬШОЙ ПОМОЩЬЮ МОИХ ДРУЗЕЙ)

[6]

Четыре человека (Джон, Пол, Джордж и Ринго) находятся на одной стороне ущелья, соединенной с другой стороной шатким мостом, по которому одновременно могут идти только двое. Поскольку дело происходит вечером, а мост не очень надежный, переходить его нужно с фонарем. У группы всего один фонарь, а ущелье слишком широкое, чтобы можно было перебросить фонарь с одной стороны на другую, поэтому при переходе людям приходится носить его с собой. Джон может перейти через мост за 1 минуту, Пол за 2 минуты, Джордж за 5 минут, а Ринго за 10 минут. Если мост переходят двое, они передвигаются со скоростью того, кто идет медленнее.

Как нашим героям перебраться через мост за минимальное время?

Очевидный способ решения этой задачи состоит в том, чтобы Джон перевел каждого из друзей через мост по одному, так как именно он может вернуться быстрее всех за следующим человеком. Такая стратегия позволяет всем перейти мост за 2 + 1 + 5 + 1 + 10 = 19 минут. Но действительно ли этот способ самый быстрый?

Вернемся к Алкуину и вопросу из сборника «Задачи для развития молодого ума».

Сколько следов останется в последней борозде после быка, который пашет поле целый день?

Конечно же, ни одного! Соха разрушит все следы. Это самая ранняя задача с подвохом в книгах с головоломками.

В сборнике «Задачи для развития молодого ума» впервые появились и головоломки другого типа – задачи о родстве, в которых необходимо определить родственные связи в нетрадиционных семьях. Это мой последний пример из сборника старого йоркца, прежде чем мы перенесемся на тысячу лет вперед.

Ответ

4. ДВОЙНОЕ СВИДАНИЕ

Если двое мужчин возьмут матерей друг друга в жены, то кем будут приходиться друг другу их сыновья?

Я нахожу загадки о родстве чрезвычайно забавными. С какой бы серьезностью я ни подходил к их решению, мне не удается избежать искушения пофантазировать по поводу невероятно запутанной предыстории.

Решение таких головоломок было основным способом проведения досуга со времен Средневековья; их очень любили и викторианцы, которые, по всей вероятности, находили нечто возбуждающее в разрушении традиционной семейной структуры.

Льюис Кэрролл был большим любителем такого рода головоломок. Представленная ниже задача взята из одной из глав (или узелков, как он их называл) книги A Tangled Tale[7], опубликованной в 1885 году. Я считаю эту головоломку вершиной жанра.

Ответ

5. ЗВАНЫЙ УЖИН

Губернатор этого самого… ну, как его?.. хочет устроить званый ужин в очень тесном кругу и намеревается пригласить шурина своего отца, тестя своего брата, брата своего тестя и отца своего шурина. Мы должны отгадать, сколько гостей соберется у губернатора.

Сколько гостей соберется у губернатора, если на званом ужине должно быть как можно меньше людей?

Благодаря романам «Алиса в Стране чудес» и «Алиса в Зазеркалье» Льюис Кэрролл как писатель, пожалуй, внес самый большой вклад в популяризацию логических размышлений в качестве развлечения. Оба романа полны парадоксов, игр и философских загадок. Льюис Кэрролл (псевдоним Чарльза Лютвиджа Доджсона, профессора математики Оксфордского университета) также написал три книги с математическими головоломками. Увы, ни одна из них не повторила успеха книги об Алисе – отчасти потому, что в них была представлена слишком сложная математика.

Льюис Кэрролл первым изобрел головоломки о правде и лжи – вид логических головоломок, ставших впоследствии очень популярными. Кэрролл заметил, что если разные люди обвиняют друг друга во лжи, то методом дедукции можно определить, кто из них говорит правду. «За несколько последних дней я составил ряд любопытных с точки зрения “дилеммы лжи” задач», – писал он в своем дневнике в 1894 году, упомянув о следующей задаче, которая сформулирована здесь с участием знакомых персонажей. В том же году она была опубликована в виде памфлета без указания имени автора.

Ответ

6. ЛГУНЬИ

Берта говорит, что Грета лжет.

Грета говорит, что Роза лжет.

Роза говорит, что Берта и Грета лгут.

Кто из них говорит правду?

Вскоре мы вернемся к задачам о правде и лжи. Но прежде попытайтесь решить следующую логическую головоломку, которая была невероятно популярной в начале 1930-х годов.

Ответ

7. СМИТ, ДЖОНС И РОБИНСОН

Смит, Джонс и Робинсон – машинист, кочегар и кондуктор поезда (необязательно в указанном порядке). По случайному стечению обстоятельств в поезде едут три пассажира с такими же фамилиями: господа Джонс, Смит и Робинсон.

Господин Робинсон живет в Лидсе.

Кондуктор живет на полпути между Лидсом и Шеффилдом.

Зарплата господина Джонса составляет 1000 фунтов 2 шиллинга 1 пенс в год.

Смит может выиграть у кочегара в бильярд.

Ближайший сосед кондуктора (один из пассажиров) зарабатывает ровно втрое больше него.

Тезка кондуктора живет в Шеффилде.

Как зовут машиниста?

(Я сохранил оригинальную формулировку задачи, в которой используется старая британская денежная единица. Сумма 1000 фунтов 2 шиллинга 1 пенс важна по той причине, что она не делится на три без остатка.)

Мне нравится эта головоломка: она предлагает вам стать детективом. При первом прочтении может показаться, что для поиска ответа слишком мало информации. Однако постепенно, соединяя подсказки, вы сможете раскрыть личности персонажей головоломки.

Вскоре после публикации в апреле 1930 года задачи о Смите, Джонсе и Робинсоне в лондонском литературном журнале Strand она стала всеобщим увлечением в Великобритании и была напечатана во всех газетах страны. И далее распространилась по всему миру: в 1932 году New York Times опубликовала статью об этой задаче и представила ее американизированную версию, в которой место Лидса и Шеффилда заняли Детройт и Чикаго.

Проще всего решить эту головоломку с помощью двух таблиц. Я покажу вам как. Нам необходимо определить, кто из троих персонажей (Смит, Джонс и Робинсон) машинист, кто кочегар и кто кондуктор. Для этого, как показано в левой части рисунка, начертите одну таблицу с именами работников и названиями их профессий. В задаче также фигурируют три пассажира и три места, поэтому нарисуйте вторую таблицу, показанную в правой части рисунка, в которой записаны господа Смит, Джонс и Робинсон, а также Лидс, Шеффилд и место, расположенное на полпути между этими двумя городами.

Первый фрагмент достоверной информации – тот факт, что господин Робинсон живет в Лидсе, поэтому мы можем отметить галочкой ячейку на пересечении строки «Господин Робинсон» и столбца «Лидс» и поставить крестики в ячейках, которые говорят о том, что господин Робинсон живет в других местах или что в Лидсе живет кто-то другой. Чтобы заполнить остальные ячейки, необходимо свести воедино оставшиеся подсказки. Например, ближайший сосед кондуктора (один из пассажиров) зарабатывает в три раза больше него. Следовательно, мы можем исключить господина Джонса в качестве ближайшего соседа кондуктора, поскольку его заработная плата не делится на три. Дальнейшее расследование проведите самостоятельно.

Создатель задачи о Смите, Джонсе и Робинсоне умер в том же месяце, когда она была опубликована. Британскому математику Генри Дьюдени исполнилось 73 года; к тому времени он писал головоломки для Strand Magazine уже более двадцати лет. Дьюдени был самым выдающимся изобретателем математических головоломок своей эпохи, но задача о Смите, Джонсе и Робинсоне, пожалуй, имела наибольший успех. Когда она была повторно опубликована в британском журнале New Statesman, редактор колонки бриджа и кроссвордов Хьюберт Филлипс писал: «Результат оказался просто поразительным. Лавина решений (которых никто не просил присылать) показала, насколько широк интерес публики к дедуктивным головоломкам».

Сам Филлипс в свое время был преподавателем экономики и советником Либеральной партии Великобритании; в момент публикации головоломки ему исполнилось сорок с небольшим и он только начал заниматься журналистикой. Под влиянием беспрецедентного интереса к логическим задачам Филлипс ушел с должности редактора колонки бриджа и занялся головоломками. В 1930-х годах он стал их плодовитым и новаторским создателем, превратив это десятилетие в золотой век данного жанра.

Мне очень нравятся две его задачи, описанные ниже. Первая – из серии «детектив» или, скорее, «ищите женщину». Вторая – остроумная дань традиционным загадкам о родстве.

Ответ

8. ШКОЛА СВЯТОГО ДАНДЕРХЕДА

Школа святого Дандерхеда в Фогуэлле славится своими успехами в хоккее, но не правдивостью учениц. Недавно команда First XI сыграла в Дидлхэме матч, после которого девочкам разрешили пойти на концерт. После концерта учительница мисс Прай собрала команду; она видела, как десять девочек вышли из концертного зала, а одна – из кинотеатра. На вопрос мисс Прай о том, кто был в кинотеатре, ученицы ответили так:

Джоан Джаггинс: Это была Джоан Твигг.

Герти Гасс: Это была я.

Бесси Блант: Герти Гасс лжет.

Салли Шарп: Герти Гасс и Джоан Джаггинс лгут.

Мэри Смит: Это была Бесси Блант.

Дороти Смит: Это не были ни Бесси, ни я.

Китти Смит: Это не была ни одна из девочек по фамилии Смит.

Джоан Твигг: Это не были ни Бесси Блант, ни Салли Шарп.

Джоан Форсайт: Две другие Джоан лгут.

Лора Лэм: Только одна из девочек по фамилии Смит говорит правду.

Флора Фламмери: Нет, две девочки по фамилии Смит говорят правду.

Учитывая, что из этих одиннадцати утверждений по меньшей мере семь не соответствуют действительности, выясните, кто же ходил в кино?

Ответ

9. СЛУЧАЙ РОДСТВА

Наверное, в Кинслидейле не так уж много молодых женщин, поскольку каждый из пяти мужчин женился на овдовевшей матери одного из них. Пасынок Дженкинса Томкинс – отчим Перкинса. Мать Дженкинса – подруга миссис Уоткинс, мать мужа которой – кузина миссис Перкинс.

Какая фамилия у пасынка Симкинса?

Логические задачи наподобие представленных выше в настоящее время широко известны как табличные головоломки, потому что их лучше всего решать с помощью таблицы, в которой следует отобразить все возможные варианты. Самая знаменитая головоломка такого типа – задача о зебре – появилась в 1960-х годах; ее автор неизвестен.

Впервые задача о зебре была опубликована в американском журнале Life International в 1962 году. Ее часто называют загадкой Эйнштейна, поскольку считается, что ее придумал именно он. Это было бы весьма впечатляюще, учитывая, что великий ученый умер в 1955 году. Об этой головоломке также нередко говорят, что ее способны решить только два процента населения планеты. По всей вероятности, это заявление не соответствует действительности, но приманка замечательная.

Ответ

10. ЗАДАЧА О ЗЕБРЕ

1. На улице пять домов.

2. Шотландец живет в красном доме.

3. У грека есть собака.

4. В зеленом доме пьют кофе.

5. Боливиец пьет чай.

6. Зеленый дом находится справа от дома цвета слоновой кости.

7. Тот, кто носит броги (грубые рабочие башмаки), держит улиток.

8. В желтом доме носят криперы (обувь с шипами на подошве).

9. В среднем доме пьют молоко.

10. Датчанин живет в первом доме.

11. Сосед того, кто носит сандалии, живет в доме по соседству с человеком, который держит лису.

12. Криперы носят в доме по соседству с тем, в котором держат лошадь.

13. Тот, кто носит шлепанцы, пьет апельсиновый сок.

14. Японец носит вьетнамки.

15. Датчанин живет по соседству с синим домом.

Кто пьет воду? Кто держит зебру?

Для уточнения условий задачи следует отметить, что все пять домов окрашены в разные цвета, а их обитатели имеют разную национальную принадлежность, держат разных домашних животных, пьют разные напитки и носят разную обувь. В версии головоломки, опубликованной в Life International, соседи курили американские сигареты разных марок. Я заменил их обувью, поскольку Эйнштейн был известен тем, что никогда не носил носков.

Реакция читателей Life была ошеломляющей. «Как только журнал поступил в продажу, ответы лавиной хлынули в отдел корреспонденции, – писал редактор журнала в следующем номере, в котором головоломка была напечатана прямо на обложке. – Их присылали юристы, дипломаты, врачи, инженеры, учителя, физики, математики, полковники, рядовые, священники, домохозяйки, а также некоторые поразительно образованные и логически мыслящие дети. Все корреспонденты жили за тысячу километров друг от друга – в провинциальных деревнях Англии, на Фарерских островах, в Ливийской пустыне, в Новой Зеландии, но у них был один талант – чрезвычайно высокий уровень интеллекта». Читатель, не подведи меня!

Если вам понравилась эта головоломка, вы по достоинству оцените гениальность следующей задачи, ломающей мозг. Придуманная молодым логиком из Кембриджа Максом Ньюманом, она была опубликована в колонке Хьюберта Филлипса в журнале New Statesman в 1933 году. Филлипс подписывал свою колонку псевдонимом Калибан, по имени порабощенного дикаря из пьесы Шекспира «Буря». Многие задачи Калибана были созданы в сотрудничестве с профессиональными математиками, и представленная ниже, пожалуй, самая блестящая.

Эта головоломка – творение гения. На первый взгляд, информации, по условиям задачи, до смешного мало, но, разумеется, в ней есть все необходимое для поиска решения. Журнал Mathematical Gazette назвал головоломку Ньюмана «настоящей жемчужиной» и уверял: «Чтобы в нее поверить, нужно ее решить». Мне решение далось нелегко, но это не помешало восхищаться его исключительной элегантностью.

Ответ

11. ЗАВЕЩАНИЕ КАЛИБАНА

Завещание Калибана содержало следующий пункт: «Я завещаю по десять своих книг Лоу, Y.Y.[8] и Критику. Пусть они выбирают их в таком порядке.

1. Те, кто видел меня в зеленом галстуке, не могут выбирать раньше Лоу.

2. Если Y.Y. не был в Оксфорде в 1920 году, то выбирающий первым никогда не давал мне взаймы зонтик.

3. Если вторым выбирает Y.Y. или Критик, то Критик выбирает раньше того, кто влюбился первым».

К сожалению, Лоу, Y.Y. и Критику не удалось вспомнить ни одного из названных фактов, но поверенный обратил внимание на то, что если головоломка составлена правильно (то есть в ней нет утверждений, не имеющих отношения к решению), то можно логически вывести очередность выбора.

В каком порядке должны выбирать книги Лоу, Y.Y. и Критик?

Лоу, Y.Y. и Критик были коллегами Филлипса в New Statesman, но этот факт вряд ли поможет в решении задачи. Важно, что каждое ее условие имеет отношение к решению головоломки, поэтому вы должны исключить все условия, в которых любая часть любого утверждения избыточна. Впоследствии выдающиеся способности Макса Ньюмана к постановке задач нашли более серьезное применение в области их решения. В годы Второй мировой войны он возглавил отделение дешифровки (Newmanry) в Блетчли-парке, что привело к созданию «Колосса» – первой в мире программируемой электронной вычислительной машины. Ньюман был коллегой и близким другом Алана Тьюринга, отца теоретической компьютерной науки. Именно лекции Ньюмана в Кембридже вдохновили Алана Тьюринга на написание знаковой статьи «О вычислимых числах» (On Computable Numbers). После войны Ньюман организовал в Манчестере вычислительную лабораторию Лондонского королевского общества и уговорил Тьюринга присоединиться к нему.

Хьюберт Филлипс – самый ранний источник следующей удивительной головоломки о трехсторонней дуэли (или труэли), перефразированной мной в знак уважения к фильму, который заканчивается дуэлью с участием трех героев[9].

Ответ

12. ТРЕХСТОРОННЯЯ ПЕРЕСТРЕЛКА

Хороший, Плохой и Злой вот-вот начнут перестрелку. Каждый из героев находится на одной из трех вершин треугольника. По правилам, Злой будет стрелять первым, за ним Плохой, а затем Хороший, после чего очередь снова перейдет к Злому, и перестрелка продолжится в том же порядке до тех пор, пока в живых останется только кто-то один. Злой стреляет хуже всех и может попасть в цель лишь один раз из трех. Плохой стреляет лучше, попадая в цель два раза из трех. Хороший стреляет лучше всех и никогда не промахивается.

Вы можете исходить из того, что каждый участник придерживается лучшей стратегии и ни в одного из них не попадет пуля, предназначенная для другого.

В кого должен стрелять Злой, чтобы максимально повысить свои шансы на выживание?

Ниже представлены еще три логические задачи подобного типа, придуманного Хьюбертом Филлипсом, хотя составил их не он. Они читаются как одноактные пьесы и достаточно сложны, чтобы процесс поиска их решения приносил истинное удовольствие.

Ответ

13. ЯБЛОКИ И АПЕЛЬСИНЫ

Перед вами три ящика: на первом табличка с надписью «яблоки», на втором – «апельсины» и на третьем – «яблоки и апельсины». В одном ящике находятся яблоки, во втором – апельсины, в третьем – яблоки и апельсины, однако таблички не соответствуют содержимому ящиков. Задача – правильно развесить таблички. Вы не можете увидеть (или определить по запаху), что находится в каждом ящике, но вам разрешается достать один фрукт из любого ящика.

Какой ящик вы выберете и каким образом, увидев фрукт, правильно определите содержимое всех ящиков?

Ответ

14. СОЛЬ, ПЕРЕЦ И ПРИПРАВА

Сид Соль, Фил Перец и Риз Приправа обедают вместе. Находящийся среди них мужчина обращает внимание на то, что один из них взял соль, другой перец, а третий приправу.

Человек, взявший соль, говорит:

– Пикантность нашей ситуации придает то, что ни один из нас не держит в руках специю, соответствующую его фамилии!

– Передай приправу! – говорит Риз.

Если у этого мужчины нет приправы, то что держит Фил?

Ответ

15. КАМЕНЬ, НОЖНИЦЫ, БУМАГА

[10]

Адам и Ева играют в «Камень, ножницы, бумага» десять раз. Известно, что:

• Адам выбирает камень три раза, ножницы шесть раз и бумагу один раз.

• Ева два раза выбирает камень, четыре раза ножницы и четыре раза бумагу.

• Ничьих не бывает.

• В каком порядке Адам и Ева делают выбор, неизвестно.

Кто победил и с каким счетом?

Когда в 1964 году Хьюберт Филлипс умер, в некрологе о нем в Times говорилось: «Можно сказать, что он создал больше развлечений на случай дождливого дня, чем любой другой писатель его времени». Помимо головоломок Филлипс составил тысячи кроссвордов, а также много писал о бридже, поскольку был профессиональным игроком и организатором турниров по бриджу в Англии. Кроме того, Филлипс написал множество юмористических стихотворений, более двухсот детективных романов и научный труд о футбольных тотализаторах: он также был популярным ведущим передачи Round Britain Quiz на BBC. Несмотря на то что Филлипс занимался разнообразной деятельностью, его вклад в культуру головоломок был очень весомым.

Филлипс первым опубликовал задачу, каждый персонаж которой знает то, чего не знает другой, но что скоро становится известным, и это, как мы увидим, делает его «дедушкой» задачи о дне рождения Шерил, которая обошла весь мир в 2015 году.

В самой ранней загадке такого типа идет речь об испачканных лицах. В ее простейшей версии два участника.

Ответ

16. КЛУБ ГРЯЗНУЛЬ

Альберта и Бернадет дурачились в саду, а затем вошли в дом. Сестры видят лица друг друга, но не свое лицо. Отец, который видит обеих девочек, говорит им, что по меньшей мере у одной из них лицо в грязи, и просит дочек стать спиной к стене.

– Пожалуйста, пусть та из вас, у которой грязное лицо, сделает шаг вперед, – говорит он.

Ничего не происходит.

– Пожалуйста, пусть та из вас, у которой грязное лицо, сделает шаг вперед, – повторяет он.

Что произойдет и почему?

При решении подобных головоломок необходимо исходить из того, что все действующие лица, даже непослушные дети, поступают честно и обладают аналитическими способностями на уровне специалиста по логике.

Я расскажу вам, как решить эту головоломку. Мы знаем, что хотя бы у одной девочки грязное лицо, поэтому существует три возможных варианта: оно грязное либо у Альберты, либо у Бернадет, либо у обеих девочек одновременно.

Вариант 1. У Альберты лицо в грязи, у Бернадет чистое.

(Обратите внимание: это известно нам с вами, но не сестрам. Девочки знают только то, что могут видеть, и, соответственно, сделать из этого выводы.)

Давайте станем на место Альберты. Допустим, она смотрит на Бернадет и видит чистое лицо сестры. Зная, что у одной из них точно лицо в грязи, Альберта приходит к выводу, что испачкалась она. Затем отец Альберты просит выйти вперед ту дочь, у которой грязное лицо, но девочка не делает этого. Итак, мы можем сделать вывод, что этот вариант не верен, поскольку при условии, что Альберта ведет себя честно, она бы сделала шаг вперед.

Вариант 2. У Бернадет лицо в грязи, у Альберты чистое.

Если поменять имена местами, аналогичная логическая аргументация исключает и этот сценарий.

Вариант 3. У обеих девочек лица в грязи.

Снова начнем с Альберты. Она смотрит на Бернадет и видит, что у сестры грязное лицо. Ей известно, что одна из них точно испачкалась. Альберта не может сделать никаких выводов о своем лице, так как в обоих случаях (грязное у нее лицо или чистое) утверждение, что «по меньшей мере у одной из сестер лицо в грязи», является истинным. И когда отец просит ту из девочек, у которой грязное лицо, выйти вперед, Альберта не делает этого. Здесь важно понимать, что она не выходит вперед потому, что не знает, есть у нее на лице грязь или нет, а не потому, что считает свое лицо чистым.

Аналогичным образом Бернадет видит грязное лицо сестры и приходит к выводу, что не может точно знать, что с ее собственным лицом. Когда отец просит выйти вперед ту дочь, у которой грязное лицо, Бернадет, соответственно, не делает этого.

Мы можем быть уверены в том, что этот вариант правильный, поскольку ни одна из девочек не делает ни шагу, когда отец первый раз просит их выйти вперед. Что же произойдет дальше?

Лицо Альберты либо грязное, либо нет. Однако она может исключить вероятность того, что у нее чистое лицо, потому что, если бы это было так, Бернадет, которая видит лицо сестры, пришла бы к выводу, что это у нее самой грязное лицо, и сделала бы шаг вперед еще тогда, когда отец попросил об этом в первый раз. Таким образом, Альберта приходит к выводу, что и ее лицо испачкано. По той же причине Бернадет приходит к аналогичному выводу насчет себя, и, когда отец второй раз повторяет свою просьбу, обе делают шаг.

В общем, происходит следующее: обе сестры видят испачканные лица друг друга, но не могут получить сведений о чистоте собственных лиц логическим путем. Однако понимание того, что другая сестра не может определить состояние своего лица, дает им новую информацию, позволяющую сделать вывод, что у обеих лица грязные. Отлично!

Хьюберт Филлипс опубликовал первую задачу об испачканных лицах в 1932 году, хотя подобные логические головоломки восходят к давним временам. Во французской салонной игре «Ущипнуть, не засмеявшись», датированной XVI веком, тот игрок, чьи пальцы в саже, оставляет пятна на лицах других участников. Смысл в том, чтобы засмеяться последним. Эта салонная игра упоминается в шедевре сатирической литературы французского писателя Франсуа Рабле «Гаргантюа и Пантагрюэль». В одном из ранних переводов этой книги на немецкий язык в XIX столетии описывается новый поворот игры: каждый участник должен ущипнуть соседа справа за подбородок. Два игрока натирают пальцы обожженным куском извести, следовательно, у двоих на лицах останутся ее следы. «Эти [игроки] выставляют себя на посмешище, – отмечает переводчик, – поскольку оба считают, что все смеются над кем-то другим».

Вскоре после того, как Филлипс опубликовал задачу об испачканных лицах, в книгах головоломок начали появляться ее различные варианты, которые привлекли внимание ученых, включая и американского космолога русского происхождения Георгия Антоновича Гамова (Джордж Гамов), одного из первых сторонников теории Большого взрыва, объясняющей происхождение Вселенной, а также автора замечательных научно-популярных книг. К их числу относится опубликованная в 1947 году One Two Three… Infinity («Раз, два, три… бесконечность») – одна из моих любимых. Особенно примечательна она тем, что Гамов сам ее иллюстрировал.

В 1956 году Гамов консультировал авиастроительную компанию Convair, где в то время работал Марвин Стерн. Гамов и Стерн, работавшие на разных этажах, обратили внимание, что каждый раз, когда они отправляются в кабинеты друг друга, лифт почти всегда движется не в том направлении. Обсуждая математику, лежавшую в основе этой явно парадоксальной ситуации, они подружились и в результате решили совместно написать книгу Puzzle-Math[11], в которой есть следующая задача о трех лицах, испачканных сажей.

17. ЛИЦО В САЖЕ

Три пассажира поезда спокойно занимаются своими делами, как вдруг влетевший в окно дым от проходящего мимо локомотива покрывает их лица копотью. Один из пассажиров, мисс Аткинсон, отрывает глаза от книги, которую читает, и смеется. Другие пассажиры тоже смеются. Мисс Аткинсон, как и ее соседи по купе, считает, что у нее-то лицо чистое, а два других пассажира смеются потому, что видят испачканные сажей лица друг друга. Однако вскоре мисс Аткинсон озаряет, она достает носовой платок и вытирает лицо.

Мы можем исходить из того, что все трое ведут себя логично, но мисс Аткинсон более проницательна. Как она поняла, что ее лицо тоже испачкано сажей?

Книга «Занимательные задачи» Гамова не так популярна, как его другие книги, тем не менее в ней приводится одна из самых великолепных из когда-либо созданных логических задач. (Гамов говорил, что о ней ему рассказал великий советский астрофизик Виктор Амбарцумян.) Я немного перефразировал ее, заменив жен на мужей. Это трудная головоломка, но если вы следили за логикой двух предыдущих задач, то у вас есть все необходимое для ее решения. Даже если не справитесь самостоятельно, вы сможете проанализировать готовое решение и, не сомневаюсь, будете им восхищены.

Ответ

18. 40 НЕВЕРНЫХ МУЖЕЙ

В провинциальном городке 40 мужей изменяют своим женам. Каждая женщина знает, что у всех мужчин (кроме ее мужа) роман на стороне. Другими словами, каждая жена думает, что ее муж хранит ей верность, зная при этом, что остальные 39 мужчин изменяют женам.

Узнав о моральной деградации жителей города, столичный правитель издал указ, требующий наказать мужей за безнравственность. В указе сказано, что на следующий день после того, как женщина узнает о неверности мужа, она должна убить его в полночь на городской площади.

Что происходило после того, как правитель заявил: «Я знаю, что в вашем городе есть хотя бы один неверный муж, поэтому призываю вас принять меры»?

Сначала головоломка кажется неправдоподобной, ведь жены-то уже знают о 39 неверных мужьях. Разве слова правителя о том, что «хотя бы» один муж изменяет своей жене, что-то меняют? Вне всякого сомнения, многое!

В следующей головоломке задействованы три человека, которые делают дедуктивные выводы на основании того, что знают сами и что известно другим.

Ответ

19. КОРОБКА СО ШЛЯПАМИ

У Альгернона, Бальтазара и Каратака есть коробка с тремя красными и двумя зелеными шляпами. Каждый мужчина достает с закрытыми глазами шляпу из коробки и надевает ее. Закрыв коробку, они открывают глаза, и каждый из них видит, какого цвета шляпа на голове у товарищей. Но ни один не знает цвета своей шляпы и того, какие шляпы остались в коробке.

Альгернон: Я не знаю цвета своей шляпы.

Бальтазар: Я не знаю цвета своей шляпы.

Увидев у двух друзей на голове красные шляпы, Каратак говорит: «А я знаю цвет своей шляпы».

Какого цвета его шляпа?

Задача «Коробка со шляпами» появилась не позднее 1940 года, хотя в то время она звучала по-другому: речь в ней шла о навершиях на головных уборах у китайских мандаринов. И самое важное – по условиям задачи ни один мандарин не заявлял о своем неведении вслух. Нужно было вывести дедуктивным методом, чего не знают мандарины, судя по их молчанию.

Комедийный диалог, в ходе которого каждый персонаж задачи заявляет, что он чего-то не знает, – забавное усовершенствование, добавленное в 1960-х годах. Этот остроумный прием яснее показывает, кто что знает, и усиливает эффект пантомимы.

Представленная ниже головоломка взята из книги Джона Литлвуда Mathematician’s Miscellany[12], опубликованной в 1953 году. Литлвуд был одним из трех известных британских математиков первой половины XX столетия, к числу которых относились Харди, Литлвуд и, как гласила шутка, «Харди-Литлвуд» (что подчеркивает невероятно длительное плодотворное сотрудничество между Джоном Литлвудом и Готфридом Харди). Во время Первой мировой войны Литлвуд работал на армию, улучшая формулы расчета направления, продолжительности полета и траектории движения снарядов. Военный труд Литлвуда оценили очень высоко, наделив ученого особой привилегией – разрешением носить зонт, будучи одетым в военную форму.

Но вернемся к головоломке, основанной на оригинальной задаче Литлвуда. Теперь она включает ставший нормой диалог между персонажами, что усложняет дело, так как вам придется запоминать различные варианты по мере накопления общих знаний. Пошаговое исключение неправильных ответов в ходе решения задачи приносит настоящее удовольствие. Разгадка головоломок позволяет испытать такую ясность мысли, которая одновременно и возбуждает, и терзает, а это само по себе весело.

Ответ

20. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ЧИСЛА

Втайне написав два числа на листе бумаги, Зебеди сказал Ксанфу и Иветт, что это целые числа, то есть они взяты из ряда чисел, начинающегося с 1, 2, 3, 4, 5… Он также сообщил, что это последовательные числа, иными словами, два числа, следующие друг за другом (такие числа образуют пары: 1 и 2, или 2 и 3, или 3 и 4 и т. д.). Затем Зебеди шепотом назвал одно число Ксанфу, а другое – Иветт, после чего произошел такой диалог:

Ксанф: Мне неизвестно твое число.

Иветт: Мне неизвестно твое число.

Ксанф: Теперь я знаю твое число.

Иветт: Теперь и я знаю твое число.

Можете ли вы определить хотя бы одно из чисел Зебеди?

Зебеди мог бы не шептать число на ухо Ксанфу, а нарисовать его на лице Иветт сажей или написать на ее шляпе. Или сделать то же самое, поменяв приятелей местами. Важно, что Ксанфу известно то, чего не знает Иветт, и наоборот.

Тот же принцип лежит в основе следующей задачи, которую я разместил в 2015 году в своем блоге в Guardian после того, как нашел ее на одном сингапурском сайте. Головоломка привлекла мое внимание, потому что, согласно описанию, предназначалась для учеников начальной школы, а этот факт подкреплял стереотипное представление о поразительно высоких стандартах математического образования в странах Азии. Если в Сингапуре от учеников начальной школы ожидали решения подобных задач, то неудивительно, что их считают лучшими юными математиками в мире.

Ответ

21. ДЕНЬ РОЖДЕНИЯ ШЕРИЛ

Альберт и Бернард только что познакомились с Шерил и хотят знать, когда у девочки день рождения. Шерил дала им список из десяти возможных дат.

15 мая 16 мая 19 мая

17 июня 18 июня

14 июля 16 июля

14 августа 15 августа 17 августа

После этого она назвала Альберту месяц, а Бернарду число своего дня рождения. Далее между Альбертом и Бернардом произошел такой диалог.

Альберт: Я не знаю, когда у Шерил день рождения, но знаю, что Бернард тоже не знает.

Бернард: Сначала я не знал, когда у Шерил день рождения, но теперь знаю.

Альберт: Теперь я тоже знаю, когда у Шерил день рождения.

Так когда день рождения у Шерил?

За несколько часов размещенная в моем блоге задача «День рождения Шерил» стала самой просматриваемой публикацией на сайте Guardian. По всей вероятности, этому способствовал дерзкий заголовок-приманка «Умнее ли вы десятилетнего ребенка?».

Однако вскоре выяснилось, что задача взята из заданий региональной олимпиады по математике, рассчитанной на 40 процентов сильнейших учеников в возрасте 15 лет, причем она была предпоследним из двадцати пяти заданий, представленных в порядке возрастания сложности. Следовательно, решить ее могли только самые сильные ученики. Я изменил заголовок с тем, чтобы он правильно отражал уровень сложности головоломки, но интерес к ней все равно не ослабел. Напротив, задача о дне рождения Шерил распространялась по сети словно пандемия, став в последующие дни историей номер один на многих новостных сайтах, в том числе BBC и New York Times. За неделю она собрала более пяти миллионов просмотров на одном только сайте Guardian. Когда в газете определили самые просматриваемые публикации года, упомянутый пост в моем блоге, где я представил задачу, занял девятое место, а пост с решением – шестое. Сомневаюсь, что когда-либо математическая задача так быстро распространялась среди стольких людей по всему миру.

Я связался с сингапурским преподавателем математики по имени Джозеф Йоу Бун Вуй, который составил эту задачу. Просматривая ленту в Facebook, он увидел фотографию экзаменационного билета с этой задачей и понял, что она стремительно распространяется по миру. «Я уже где-то видел эту задачу! – воскликнул он. – Постойте, ведь это же я ее составил!»

Доктор Йоу из Национального института образования – ведущий автор учебников по математике, по которым учится более половины учеников средней школы в Сингапуре. Он сказал мне, что идея головоломки пришла к нему от кого-то другого. Доктор Йоу прочитал ее похожий вариант в сети и решил его адаптировать, дав персонажам новые имена, сократив диалог и изменив даты, ради шутки сделав ответом собственный день рождения. Ни мне, ни ему не удалось найти первого автора задачи. Мы смогли отследить ее истоки только до публикации 2006 года на страницах математического форума Ask Dr. Math, который поддерживает Университет Дрексела. Задачу вместе с просьбой помочь ее решить разместил на сайте некто по имени Эдди.

Из всего этого вытекает следующий вывод: создание интересной головоломки, как правило, коллективное творчество. Как басни и анекдоты, головоломки меняются и развиваются. С каждой новой формулировкой в них привносится что-то новое, причем лучшие варианты могут существовать в течение десятилетий, столетий и даже тысячелетий.

Однако Джозеф Йоу придумал продолжение этой головоломки.

Ответ

22. ДЕНЬ РОЖДЕНИЯ ДЕНИЗ

Альберт, Бернард и Шерил подружились с Дениз и хотят знать день ее рождения. Дениз дала им список из двадцати возможных дат.

Затем Дениз назвала Альберту месяц, Бернарду число, а Шерил год своего рождения, после чего произошел такой диалог:

Альберт: Я не знаю, когда у Дениз день рождения, но знаю, что Бернард не знает.

Бернард: Я все еще не знаю, когда у Дениз день рождения, но знаю, что Шерил тоже не знает.

Шерил: Я все еще не знаю, когда у Дениз день рождения, но знаю, что Альберт пока не знает.

Альберт: Теперь я знаю, когда у Дениз день рождения.

Бернард: Теперь я тоже знаю.

Шерил: И я.

Когда же день рождения у Дениз?

Еще один важный предшественник задач о Шерил – «Невозможная головоломка» голландского математика Ганса Фройденталя, опубликованная в 1969 году; в нее впервые был добавлен диалог «я не знаю – теперь я знаю» из предыдущих задач. В полном соответствии с названием эту головоломку практически невозможно решить с помощью ручки и бумаги, поэтому я не включил ее в эту книгу. (Однако если вы твердо намерены проверить свои силы, поищите ее в интернете.) «Невозможная головоломка» также относится к другому типу логических задач, который восходит как минимум к первой половине прошлого века. В них необходимо дедуктивным методом вывести ряд чисел, зная их сумму и произведение. Как правило, в таких задачах речь идет о возрасте, а героями чаще всего бывают священнослужители.

Ответ

23. ВОЗРАСТ ДЕТЕЙ

Викарий спросил церковного служителя: «Сколько лет вашим троим детям?»

Служитель ответил: «Сложив их возраст, вы получите номер на моей двери. Умножив их возраст, получите число 36».

Викарий ушел, но, вернувшись через какое-то время, сказал, что не может решить задачу.

Служитель сказал викарию: «Ваш сын старше любого из моих детей» – и прибавил, что теперь викарий сможет решить головоломку.

Определите возраст детей церковного служителя.

Эта задача приводит нас к предпоследней головоломке в этой главе, придуманной британским математиком Джоном Конвеем, почетным профессором Принстонского университета. Последний раз я встретился с ним на междисциплинарной конференции по математике, головоломкам и фокусам. Конвей заявил тремстам участникам, что такие люди, как он, нуждаются в подбадривающем приветствии, и предложил использовать следующий жест: указывая на себя, как можно более слабым голосом произнести слово «нерд»[13]. Затем он попросил всех присутствующих воспроизвести приветствие нердов. Игривый характер Конвея оказал большое влияние на всю его академическую карьеру: он изобрел много игр и головоломок, самая знаменитая – игра «Жизнь». В ее основе лежит математическая модель эволюции, которую ученые вроде Стивена Хокинга приводят в качестве иллюстрации того, как простые правила могут породить сложное поведение.

Представленная ниже задача Конвея – настоящий шедевр. Она пародирует головоломки, в которых разные факты известны разным людям, и является блестящим примером подобных задач. Как и все лучшие логические задачи со времен Алкуина, эта представляет собой забавную историю, в которой на первый взгляд слишком мало данных для поиска решения.

Ответ

24. МАТЕМАТИКИ В АВТОБУСЕ

Вчера вечером, сидя в автобусе позади двух математиков, я подслушал их разговор.

А: У меня несколько детей, возраст которых представляет собой натуральные числа. Сумма этих значений равна номеру автобуса, а произведение – моему возрасту.

Б: Как интересно! Возможно, если бы ты сказал мне свой возраст и количество детей, я мог бы определить возраст каждого из них?

А: Нет.

Б: Ага! НАКОНЕЦ-ТО я знаю, сколько тебе лет!

Какой номер автобуса?

Если математик говорит «нет», это не свидетельствует о его ворчливости или пренебрежительности. Просто он имеет в виду, что, если сообщит свой возраст или количество детей, у собеседника все равно будет недостаточно сведений, чтобы определить возраст каждого ребенка.

Чтобы упростить поиск решения, скажу, что у математика больше одного ребенка, но только один малыш в возрасте одного года. И есть лишь один вероятный номер автобуса.

Вперед, за разгадкой!

В заключение, чтобы подготовить вас к решению геометрических задач в следующей главе, позвольте предложить визуальную логическую головоломку.

Ответ

25. ИГРА С ГЛАСНЫМИ

На рисунке на четырех карточках с одной стороны изображена буква, а с другой цифра.

Какие карточки нужно перевернуть, чтобы проверить истинность следующего утверждения: «На другой стороне всех карточек с гласной изображено нечетное число»?

Ответ

[14]

Греческий математик Евклид, написавший книгу «Начала» примерно в 300 году до нашей эры, первым наглядно показал, какое удовольствие приносит логическая дедукция.

Несмотря на то что в «Началах» речь идет о геометрии, то есть о поведении точек, линий, поверхностей и тел, истинная значимость этого труда для истории человеческой мысли состоит в методе, введенном Евклидом для изучения этих концепций. Книга начинается с ряда определений, а пять сформулированных в ней основных правил можно принять в качестве постулатов. На основании исходных предпосылок Евклид делает все остальные выводы в «Началах» и на каждом этапе строго доказывает, как каждый очередной шаг вытекает из предыдущего. Сила этого метода – в стройной системе знаний, в которой истинность нескольких исходных утверждений гарантирует истинность выводов. Впоследствии на евклидову модель, описанную в «Началах», стала полагаться вся математика.

С практической точки зрения Евклид начинал с линейки и циркуля для построения линий и окружностей. Вот и все его инструменты. Каждая теорема в «Началах» – а их там сотни – доказана исключительно с их помощью.

Например, как разделить отрезок пополам?

Шаг 1. Установите ножку циркуля с иглой в одной конечной точке отрезка, а ножку с карандашом – в другой конечной точке отрезка и нарисуйте окружность.

Шаг 2. Сделайте то же самое, установив ножку циркуля с иглой в другой конечной точке отрезка.

Шаг 3. С помощью линейки проведите прямую линию между точками пересечения окружностей.

Каждая теорема в «Началах» представлена в виде задачи, а каждое доказательство – в виде решения. По существу, это книга головоломок – во всем, кроме названия. В следующей головоломке мне нравится то, что она словно дразнит Евклида, мастера концептуальной бережливости, за то, что в его пенале слишком много инструментов.

26. ТОЛЬКО ЛИНЕЙКА

У вас есть только карандаш и линейка. Как показано на рисунке, на линейке всего две метки. Можете ли вы провести отрезок, длина которого равна половине расстояния между ними? Другими словами, если расстояние между двумя метками составляет 2 единицы, проведете ли вы отрезок длиной в 1 единицу?

Измерения разрешается выполнять только с помощью линейки, не используя карандаш и бумагу.

Все задачи в этой главе геометрические в том смысле, что они позволяют изучить свойства линий, фигур и объектов и получить при этом удовольствие. Следующая задача взята из издания «Начал» XVIII века с примечаниями британского ученого Уильяма Уистона, преемника Ньютона на должности лукасовского профессора математики[17] в Кембриджском университете. Уистон обратил внимание на одну математическую странность, положенную в основу известной головоломки.

Ученый вычислил, насколько большее расстояние проходит голова человека, огибающего земной шар по окружности, по сравнению с расстоянием, пройденным ногами. Можете ли вы подсчитать это дополнительное расстояние исходя из предположения, что земной шар имеет сферическую форму?

Я выполню для вас эти расчеты, но нам понадобятся некоторые элементарные математические знания, а именно формула длины окружности, равная произведению радиуса и двух π, которую обычно записывают как 2π, где π примерно равно 3,14. Надеюсь, ее введение не уведет вас в сторону от удивительного, неожиданного результата. Потерпите немного, пока я буду делать вычисления.

На рисунке r – это радиус Земли, а H – рост человека. По формуле длина окружности земного шара (расстояние, пройденное ногами человека) равна 2πr, а длина окружности, обозначенной пунктиром (расстояние, пройденное головой), составляет 2πr(r + H), поскольку радиус пунктирной окружности равен радиусу Земли плюс рост человека. Таким образом, разность между длинами двух окружностей, которая показывает, насколько большее расстояние проходит голова человека, составляет:

2πr(r + H) – 2πr = 2πr + 2πH – 2πr = 2πH.

Члены уравнения 2πr сокращаются (запомните это!), а значит, ответ – 2πH, то есть 2 × 3,14 × рост человека.

Следовательно, если рост человека равен, скажем, 1,8 метра, то его голова проходит примерно на 11 метров больше, чем ноги.

Теперь понятно, почему Уистон посчитал этот ответ достаточно интересным и достойным внимания. Это действительно крохотное расстояние, если учесть, что окружность Земли – около 40 тысяч километров. Просто невероятно, что после путешествия вокруг Земли в тысячи километров голова человека проходит всего на 11 метров больше, чем его ноги, или 0,00003 процента от пройденного пути!

Путешественник Уистона стал источником вдохновения для следующей классической головоломки.

Ответ

27. ВЕРЕВКА, НАТЯНУТАЯ ВОКРУГ ЗЕМЛИ

Допустим, вокруг земного шара туго натянута веревка. Затем ее удлинили на 1 метр и поднимали над землей до тех пор, пока она не образовала окружность, в которой каждая ее точка оказалась на одинаковой высоте от земли.

На какой высоте теперь расположена веревка? Какого размера животное может под ней пройти?

На рисунке ниже показано, что это, по сути, такая же задача, как и предыдущая. Обе подразумевают сравнение двух окружностей, меньшая из которых – окружность земного шара. В случае с веревкой длина большей окружности превышает длину меньшей окружности на 1 метр.

В задаче с веревкой парадоксальность ответа впечатляет еще больше. Увеличив длину веревки на 1 метр, мы сможем поднять ее над землей на метра, то есть около 16 сантиметров. (Вот как я получил этот результат: пусть с – длина окружности земного шара, тогда длина большей веревки составит с + 1. Применив формулу длины окружности, получим два уравнения: 2πr = c и 2π(r + h) = c + 1. Эти уравнения дают 2πh = 1 или .)

Поразмышляйте немного над результатом. У нас есть веревка длиной 40 тысяч километров, удлиненная до 40 001 километра. Но этого на первый взгляд несущественного увеличения достаточно, чтобы поднять ее над землей на 16 сантиметров по всей окружности земного шара. Какое животное сможет свободно пролезть под этой веревкой? Кошка или маленькая собака.

Теперь вернемся к задаче о человеке, обогнувшем Землю. При вычислении дополнительного расстояния, которое проходит его голова, мы сократили два члена уравнения 2πr и получили 2π, умноженное на рост человека. Важно, что радиус земного шара r отсутствует в ответе, а значит, дополнительное расстояние, преодолеваемое головой, определяется исключительно ростом человека и не зависит от радиуса Земли. Другими словами, размер планеты никак не влияет на ответ. Путешественник Уистона мог бы обойти любой шар, и в каждом случае его голова прошла бы дополнительно 11 метров.

1. Человек обходит атом. Насколько большее расстояние пройдет его голова по сравнению с расстоянием, пройденным ногами?

2. Человек обходит футбольный мяч. Насколько большее расстояние пройдет его голова по сравнению с расстоянием, пройденным ногами?

3. Человек обходит Юпитер, длина окружности которого – около 400 тысяч километров. Насколько большее расстояние преодолеет его голова по сравнению с ногами?

4. Человек обходит Солнце, длина окружности которого равна около 4,4 миллиона километров. Насколько большее расстояние пройдет его голова по сравнению с ногами?

Во всех этих случаях ответ – всего 11 метров (разумеется, без учета сопутствующих физических препятствий). Аналогично, если бы веревка опоясывала атом, мяч, Юпитер или Солнце, увеличения ее длины на 1 метр было бы достаточно для ее поднятия на 16 сантиметров. Просто поразительно!

Уильям Уистон пробыл на должности лукасовского профессора всего восемь лет до того, как был изгнан из Кембриджского университета за еретические воззрения (он отвергал идею Святой Троицы, утверждая, что Иисус не равен Богу). Уистон так и не вернулся в мир университетской науки; он читал лекции по математике и естественным наукам в лондонских кафе, в ходе которых часто отвлекался на религиозную полемику.

Самый крупный вклад Уистона в науку связан с той ролью, которую он сыграл в последующем принятии закона о долготе. Он убеждал британское правительство объявить о денежном вознаграждении тому, кто найдет способ определять координату долготы судна в море, и создать для этих целей специальную комиссию. Уинстон надеялся выиграть эти деньги, но все его попытки решить поставленную задачу потерпели неудачу. Поэтому вполне уместным кажется то, что самым крупным вкладом этого ученого в математическую науку стала головоломка о путешествии вокруг Земли.

Я отдаю предпочтение задаче Уистона, в которой человек обходит земной шар, чем ее более поздней версии, где веревка парит над землей, поскольку, несмотря на очевидную абсурдность обеих ситуаций, первый сценарий кажется менее надуманным. Если бы такая веревка действительно существовала и вы бы удлинили ее на 1 метр, то, прежде чем думать о том, как поднять ее в воздух по всей длине, вы потянули бы веревку вверх в одной точке, чтобы посмотреть, на какую высоту она поднимется. Особенно если бы цель состояла в том, чтобы провести под веревкой какое-нибудь животное!

Новая задача

5. Допустим, у вас есть веревка, натянутая вокруг земного шара, и вы удлинили ее на 1 метр. Поднимайте веревку вверх в одной точке до тех пор, пока она не натянется. На какую высоту она поднялась? Какое животное сможет под ней пройти?

Не пытайтесь решить задачу, поскольку это по силам только людям с определенным уровнем математической подготовки. Я привел ее исключительно из-за оригинального решения. Попробуйте догадаться, как это делается, а затем сверьтесь с ответами в конце книги. Но сначала все же решите следующую задачу.

Подсказка: вам понадобится знание теоремы Пифагора, которая гласит, что во всех прямоугольных треугольниках квадрат гипотенузы равен сумме квадратов двух катетов. (Гипотенуза – это сторона, расположенная напротив прямого угла.) Но вы ведь это знаете, не так ли?

Ответ

28. ГИРЛЯНДА ИЗ ФЛАЖКОВ ДЛЯ УЛИЧНОГО ПРАЗДНИКА

На вашей улице длиной (от начала до конца) 100 метров будет проходить праздник. У вас есть 101-метровая гирлянда из флажков. Один ее конец вы прикрепляете к основанию фонарного столба в начале улицы, а другой – на расстоянии 100 метров у основания фонарного столба в конце улицы; середину гирлянды крепите к верхушке шеста, расположенного на полпути вниз по улице.

Какова высота шеста, если исходить из того, что гирлянда не провисает и не растягивается?

Следующие три головоломки касаются поведения катящихся кругов. Если вы никогда не размышляли над такими идеями, то ваша голова может пойти кругом. Однако я гарантирую, что ответы приведут вас в полный восторг. Вероятно, эти головоломки станут понятнее, если побывать в Японии.

«Начала» сделали Евклида выдающимся логиком, корифеем строгого дедуктивного мышления. Сегодня это звание разделяет, а может, даже затмевает Шерлок Холмс.

Вымышленный детектив стремился к евклидовой строгости («Сколько раз я говорил вам: “Отбросьте все невозможное, а то, что останется, и будет ответом, каким бы невероятным он ни казался”?»), но не был столь же силен в математике.

В одном из первых дел Шерлока Холмса под названием «Случай в интернате», изучив отпечатки велосипедных шин, сыщик делает вывод о том, куда направился велосипед. Он объясняет Ватсону ход своих рассуждений: «Отпечаток заднего колеса всегда глубже, потому что на него приходится большая тяжесть. Вот, видите? В нескольких местах он совпал с менее ясным отпечатком переднего и уничтожил его. Нет, велосипедист, несомненно, ехал от школы».

Я не уверен, что понимаю эти рассуждения. Безусловно, заднее колесо скрыло след переднего, но в каком направлении ехал велосипедист? Создатель Холмса сэр Артур Конан Дойл упустил одну важную деталь. Определить направление движения велосипеда по отпечатку шины действительно возможно.

Ответ

29. НА ВЕЛОСИПЕД, ШЕРЛОК!

В каком направлении – слева направо или справа налево – ехал велосипедист, оставивший эти следы?

Холмс был прав в том, что сначала необходимо определить, какой след оставлен каким колесом. Но это можно сделать, не зная глубины отпечатка велосипедных шин.

А вот еще одна загадка о движении велосипеда. Ответ вы можете понять интуитивно. Одно изображение покажется вам правильным, а другое нет. Но удастся ли вам объяснить почему?

Ответ

30. НЕЧЕТКАЯ МАТЕМАТИКА

Фотограф снимает движущийся велосипед. Велосипед едет по горизонтальной дороге либо слева направо, либо справа налево – направление не имеет значения. Колесо – это белый диск, на котором изображены два пятиугольника.

Какое из двух изображений на рисунке – фотография, сделанная фотографом?

Соль этой головоломки в том, что предсказать движение катящейся окружности сложнее, чем кажется на первый взгляд.

Следующая задача взята из теста на проверку общих способностей (SAT), который в 1982 году прошли 300 тысяч американцев. Только три ученика решили ее правильно. А вы сможете?

Ответ

31. ХОЖДЕНИЕ ПО КРУГУ

Радиус окружности A равен 1/3 радиуса окружности B. A совершает один оборот вокруг B и возвращается в исходную точку. Сколько раз окружность A обернется вокруг своего центра за это время?

а) ;

б) 3;

в) 6;

г) ;

д) 9.

А теперь обратимся к головоломке, которая заставит вас размышлять совершенно иначе.

Ответ

32. ВОСЕМЬ ЧИСТЫХ ЛИСТОВ БУМАГИ

На столе лежат восемь квадратных листов бумаги одинакового размера. Их края образуют следующий рисунок, причем только лист под номером 1 виден полностью.

Можете ли вы пронумеровать все остальные листы с учетом того, что 2 означает второй уровень, 3 – третий и т. д.?

Впервые о задаче с чистыми листами бумаги я узнал из блестящей книги Кобона Фуджимуры The Tokyo Puzzles («Токийские головоломки»).

В 1930–1970-х годах Фуджимура был королем головоломок в Японии. Он написал и опубликовал много книг, в том числе несколько бестселлеров, а в 1950-х даже организовал собственную еженедельную телепрограмму о головоломках. Популярность Фуджимуры явилась предвестником современного бума японских головоломок, вершиной которого стал международный успех судоку в 2000-х годах (об этом я расскажу подробнее чуть дальше в этой главе).

Японцы склонны более игриво относиться к числам, чем жители стран Запада, – во всяком случае, так мне показалось во время двух визитов в Японию. Японские школьники рассказывают таблицу умножения с такой же радостной непринужденностью, как и детские стишки. В прошлом популярным развлечением в этой стране были игры с числами на билетах метро. Кроме того, в Японии ментальную арифметику[18] превратили в зрелищное состязание. Овладение навыками вычислений на счетах – популярное внеклассное занятие, а для лучших мастеров в этом деле проводятся турниры. В 2012 году я побывал на национальном чемпионате по счету на счетах, кульминацией которого стала игра, в ходе которой участники состязания должны были на воображаемых счетах сложить 15 чисел, демонстрируемых им менее чем за две секунды. Это было напряженное и захватывающее соревнование!

Вот еще одна головоломка Фуджимуры, которая мне очень нравится.

Ответ

33. КВАДРАТ ИЗ ДВУХ ПОЛОВИНОК

Большой квадрат разделен на 16 квадратов меньшего размера. На рисунке изображены два способа разделить большой квадрат на два одинаковых фрагмента.

Существует еще четыре способа сделать это. Сможете ли вы их найти?

Следует уточнить, что разрезать квадрат можно только по внутренним линиям, а также что две полученные фигуры должны быть идентичными. Иными словами, если бы квадраты были изготовлены из картона, вы могли бы полностью совместить их, наложив один на другой в горизонтальной плоскости. Однако если ради этого вам придется перевернуть хоть одну фигуру (то есть повернуть верхней стороной вниз), то они не будут считаться идентичными.

И наконец, головоломка Фуджимуры с кривыми линиями. Возможно, для ее решения вам понадобится формула площади круга, равная произведению числа π на квадрат радиуса круга, или πr².

Ответ

34. КРЫЛО И ЛИНЗА

На рисунке изображена четверть круга, в которой заключены два полукруга меньшего размера. Докажите, что площадь фигуры А, имеющей форму крыла, равна площади фигуры В, имеющей форму линзы.

Эта головоломка мне нравится не только визуально, но и потому, что напоминает о японской традиции XVII–XIX столетий. В те времена на гробницах и в храмах выставлялись деревянные таблички с начертанными на них задачами по геометрии. Такие таблички назывались сангаку и обозначали подношения божествам, а также публично объявляли о последних достижениях. Сангаку превращали математику в общественное событие, источник развлечения и восхищения. Я видел табличку сангаку в храме в Киото. На ней были изображены круги, треугольники, сферы и другие фигуры, красиво разрисованные белым и красным цветами. Геометрические фигуры образуют гармоничную, артистичную композицию, передающую эстетику, совершенно не свойственную сугубо дидактическим рисункам в западных учебниках геометрии. Как правило, сангаку содержит финальный чертеж задачи и лаконичную подпись внизу, как на табличке из храма в Нагое, созданной в 1865 году (см. рисунок ниже). Автором задачи считается пятнадцатилетний мальчик по имени Танабе Сигетоси.

Ответ

35. КРУГИ САНГАКУ

На рисунке изображены круги пяти размеров. В порядке увеличения можно насчитать шесть белых кругов, семь темно-серых, три светло-серых, один круг, обозначенный пунктирной линией и вписанный в треугольник, а также один круг, нарисованный сплошной линией.

Сколько радиусов белого круга можно разместить вдоль радиуса круга, обозначенного пунктирной линией?

Задача поражает своим изяществом. Трудно понять, с чего следует начать. Но как только вы найдете способ выразить радиус определенных кругов через радиус других кругов, обнаружите поистине прекрасную головоломку.

Автор следующей задачи – японский подросток еще младше Сигетоси. В 1847 году сангаку тринадцатилетнего Сато Наосуэ появилась в храме, расположенном почти в 500 километрах от Токио. Эта головоломка сложнее предыдущей, поскольку, как почти во всех задачах с прямоугольными треугольниками, для ее решения нужно знать теорему Пифагора.

Ответ

36. ТРЕУГОЛЬНИК САНГАКУ

На рисунке изображены круги трех размеров: два черных, три белых и один серый. Докажите, что радиус серого круга вдвое больше радиуса черного круга.

В Японии существует традиция устилать пол дома татами. Сплетенные из соломы, эти маты такие мягкие, что по ним можно ходить босиком. Обычно татами прямоугольной формы, а их длина в два раза больше ширины.

Ответ

37. ШАГАЯ ПО ТАТАМИ

На рисунке слева изображена схема размещения татами. Предположим, вы идете из точки A в точку B по краю татами. Если вам необходимо найти самый длинный путь, можно начать передвигаться по самому длинному отрезку – например, по верхнему краю, как показано на рисунке в середине, или по нижнему, как на рисунке справа.

Однако существует и более длинный маршрут. Сможете ли вы найти его?

Если вам когда-нибудь понадобится уложить татами, вы должны знать, что есть два способа это сделать – один приносит удачу, а другой нет. Первый сводится к укладыванию трех матов в виде буквы T. Суть второго – уложить четыре татами так, чтобы они сходились в одной точке углами в виде знака +. В схемах на удачу четыре мата никогда не сходятся в одной точке. На основе этого предубеждения созданы весьма занимательные головоломки.

Ответ

38. 15 ТАТАМИ

Устелите пол комнаты пятнадцатью татами размером 2 × 1 метр, соблюдая правило, согласно которому углы четырех татами не должны сходиться в одной точке.

При решении этой и следующей задачи используйте карандаш с резинкой, чтобы стирать неправильные варианты.

Признанный лидер среди изобретателей головоломок в Японии – инженер-химик Ноб Йошигахара, переживший в свое время взрыв в Хиросиме, оставивший на его теле следы от ожогов. К моменту своей смерти в 2004 году он стал одним из самых известных головоломщиков в мире. Йошигахара вел соответствующую рубрику в газете, был коллекционером, писал книги, разрабатывал игрушки, организовывал международные конференции. Друзья из всемирного сообщества любителей головоломок помнят его как харизматичного, великодушного и веселого человека. Копий его наиболее успешной игры – «Час пик», в которой игрок должен передвигать пластиковые легковые и грузовые автомобили по сетке дороги, – продано свыше десяти миллионов по всему миру.

Йошигахара также придумал головоломку «Числовое дерево», с которой начинается эта книга. Кроме того, он ввел новое условие в задачи об укладке татами. На рисунке ниже прямая линия (выделенная жирным) проходит с одной стороны комнаты к другой. В следующей головоломке ни одна линия не должна пересекать комнату от края до края.

Ответ

39. ТАТАМИ НОБА

Устелите пол комнаты пятнадцатью татами размером 2 × 1 метр так, чтобы ни одна прямая линия не пересекала комнату от одного края до другого. Четыре татами могут сходиться в одной точке углами.

Комнаты не всегда бывают прямоугольными! В представленной ниже задаче на месте двух угловых квадратов расположены лестницы.

Ответ

40. КОМНАТА С ЛЕСТНИЦАМИ В УГЛАХ

Если в комнате, взятой из двух предыдущих задач, вырезать противоположные углы, пол в ней можно выстлать четырнадцатью татами без щелей или нахлестов, как показано на рисунке ниже. (Татами можно укладывать в любом положении.) Давайте увеличим размер комнаты до 6 × 6 метров, вырезав углы под лестницы. Докажите, что в ней нельзя выстлать пол семнадцатью татами без щелей или нахлестов.

Впрочем, лестницы необязательно должны располагаться в углах комнаты. В следующей задаче положение двух лестниц выбрано случайным образом.

Ответ

41. КОМНАТА С ДВУМЯ ЛЕСТНИЦАМИ, РАСПОЛОЖЕННЫМИ В СЛУЧАЙНОМ ПОРЯДКЕ

Архитекторы решили, что не хотят размещать лестницы в противоположных углах комнаты размером 6 × 6 метров. При условии, что квадраты на полу комнаты окрашены подобно клеткам на шахматной доске (как на рисунке), а также что одна лестница расположена на белом, а другая на сером квадрате, докажите, что можно выстлать пол комнаты семнадцатью татами без щелей и нахлестов. Татами покрывают два смежных квадрата и могут размещаться как угодно, если только не закрывают два квадрата, где расположены лестницы.

В этой задаче вам необходимо доказать, что всегда можно покрыть весь пол комнаты, а не просто привести пример, при каких условиях это происходит.

Когда я опубликовал следующую задачу в своей колонке в Guardian, несколько архитекторов высмеяли ее простоту, поскольку решение представляет собой распространенную конструктивную особенность британских домов. Подобная реакция лишь подтверждает, что одним людям решение головоломок «взрывает» мозг, тогда как другим кажется слишком очевидным.

Ответ

42. ГОЛОВОЛОМКА С ДЕРЕВЯННЫМИ БЛОКАМИ

На рисунке представлен вид сверху и спереди трехмерной деревянной конструкции с плоскими сторонами. Нарисуйте хотя бы один ее вид сбоку.

Все видимые ребра отмечены сплошными линиями, а скрытые должны обозначаться пунктиром. Так, например, изображенный ниже объект, состоящий из двух квадратных граней с квадратными отверстиями и общим ребром, не может быть решением головоломки, поскольку при обозначении скрытых ребер в его виде сбоку, сверху и спереди использовались бы пунктирные линии, как показано на рисунке. Безусловно, на изображении вида сбоку вполне могут быть пунктирные линии, которыми отмечены скрытые ребра. Однако вид сверху или спереди не может иметь скрытых ребер, потому что это противоречит условиям задачи (на изображениях вида сверху и спереди нет пунктирных линий).

Две следующие головоломки предлагают нам войти в дом.

Кольца Борромео – удивительный предмет с любопытным свойством: несмотря на то что все три его кольца сцеплены между собой, удаление любого одного из них приводит к потере сцепления между двумя остальными, как показано на рисунке далее. (Если изготовить кольца из жесткого материала, то при их наложении друг на друга каждое разворачивается в несколько ином направлении, чем остальные, а значит, представленный ниже рисунок своего рода обман.) Мне нравится парадоксальность ситуации: никакие два кольца не сцеплены, но все вместе они неразделимы. Кольца Борромео – популярный символ взаимозависимости трех частей; они используются в христианской иконографии, например для обозначения Святой Троицы.

Эти кольца названы в честь итальянского семейства Борромео, жившего в эпоху Возрождения. Три сцепленных кольца изображены на семейном гербе этой фамилии, хотя сама идея трех объектов, связанных таким образом, возникла раньше. Валькнут – эмблема викингов в виде трех сцепленных треугольников – в настоящее время чаще всего встречается на татуировках, кулонах и футболках поклонников музыки хеви-метал.

Кольца Борромео состоят из трех связанных элементов, которые полностью распадаются при исключении одной части. Аналогичная идея лежит в основе следующей головоломки.

Кольца Борромео

Валькнут

Ответ

43. КАРТИНА НА СТЕНЕ

Обычно, чтобы повесить картину на двух гвоздях, веревку цепляют за оба гвоздя, как показано на рисунке.

Преимущество такого способа состоит в том, что, если один гвоздь выпадет, картина продолжит висеть, поскольку будет держаться на втором гвозде.

Сможете ли вы придумать способ так обернуть веревку вокруг гвоздей, чтобы картина падала на пол при извлечении одного из них? (В случае необходимости веревку можно удлинить.)

Кольца и предметы домашнего обихода естественным образом приводят нас к математической идее кольца для салфеток. Именно такая фигура получится, если просверлить цилиндрическое отверстие в шаре таким образом, чтобы центр отверстия проходил через центр шара.

Следующая головоломка особенно интересна тем, что в ней очень мало данных.

Ответ

44. ПРИМЕЧАТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО ДЛЯ САЛФЕТОК

Высота кольца для салфеток – 6 сантиметров. Чему равен его объем?

Решение этой головоломки предполагает большое количество рутинной работы, но пусть вас это не пугает. Я помогу вам начать ее решать. Поверьте, это потрясающая задача.

Объем кольца для салфеток равен разности между объемом шара и объемом подлежащей удалению центральной части в виде цилиндра с выпуклыми верхней и нижней поверхностями – куполами.

Высота цилиндра составляет 6 сантиметров. Пусть r – радиус шара, h – высота купола, a – радиус поперечного сечения цилиндра, который также является радиусом основания купола. Далее вам понадобятся только формулы объема, которые я с удовольствием привожу ниже.

Формула объема шара: πr³

Формула объема цилиндра: πa² × 6 см, или 6πa²

Формула объема каждого купола:

Мы уже близки к решению. Объем кольца для салфеток равен объему шара минус объем цилиндра минус двойной объем купола. С помощью теоремы Пифагора мы можем выразить a через r, а также h через r. Следовательно, можно записать объем кольца для салфеток в виде выражения, в котором r – единственная переменная. Это будет длинное выражение, содержащее множество r и π.

Чего же вы ждете?!

Историк Геродот писал, что геометрия была изобретена в Египте при измерении площади участков пахотной земли, затопленной Нилом. Вычисление площади квадратов и прямоугольников до сих пор остается одной из первых задач, которые мы изучаем в геометрии. Для этого необходимо умножить одну сторону на другую, смежную.

Эта простая процедура – все, что вам нужно для решения головоломки под названием Menseki Meiro («Неразбериха с площадями»), придуманной японским изобретателем Наоки Инаба.

Далее вы увидите пример такой головоломки и сможете разобраться в ее сути. Ваша задача – найти отсутствующее значение. Обозначенные на рисунке расстояния не соответствуют реальным размерам фигур, поэтому получить ответ посредством измерения не получится.

Красота этой головоломки в том, что решить ее вы должны геометрически, с помощью целых чисел. Не разрешается портить свою работу уравнениями или – боже упаси! – дробями. Для того чтобы справиться с задачей, дополните большой прямоугольник так, как показано на рисунке ниже. Площадь прямоугольника A должна составлять 20 см², так как равна 4 × 5 сантиметров. Это означает, что сумма площадей прямоугольника A и нижнего прямоугольника равна 20 + 16 = 36 см², что эквивалентно площади большого прямоугольника слева. Поскольку прямоугольники имеют одинаковую высоту, у них должна быть и одинаковая ширина, а значит, отсутствующее значение – 5 сантиметров.

Ответ

45. НЕРАЗБЕРИХА С ПЛОЩАДЯМИ

Найдите отсутствующее значение.

Наоки Инаба, пожалуй, самый плодовитый и блестящий разработчик дедуктивных головоломок из всех современных специалистов в этой области, хотя о его работе мало кто знает за пределами родины. Благодаря таким людям, как Инаба, а также компании Nikol в Японии сформировалось, возможно, самое активное сообщество любителей головоломок в мире.

По всей вероятности, вы не слышали о Nikoli, но наверняка знаете о судоку, которые впервые появились в журнале Puzzle Communication Nikoli в середине 1980-х годов. Словом «судоку» в Nikoli назвали головоломку Number Place («Место числа»), опубликованную в американском журнале Dell Pencil Puzzles and Word Games. Если на протяжении прошедшего десятилетия вы жили в пещере, позвольте сообщить, что судоку представляет собой квадрат 9 × 9 клеток с несколькими указанными цифрами. Игрок должен заполнить пустые клетки так, чтобы каждая цифра встречалась в каждой строке, в каждом столбце и в каждом малом квадрате 3 × 3 только один раз. Судоку не пользовались особой популярностью до 1986 года, когда в Nikoli решили размещать заданные цифры симметрично, подобно буквам в кроссворде. Небольшое изменение оказалось эффективным, и головоломка обрела успех в Японии. В конце 2004 года судоку впервые появились на Западе, после того как отставному судье Уэйну Гулду, проводившему отпуск в Японии, попалась на глаза эта головоломка. Гулд разработал компьютерную программу для создания таблиц судоку и продал ее британским газетам, в том числе лондонской Times. Через несколько месяцев после первой публикации судоку в Times головоломку начали ежедневно публиковать многие периодические издания во всем мире.

Есть доля иронии в том, что компания Nikoli обрела известность благодаря головоломке, которую не создавала. Однако с момента выхода ежеквартального журнала Nikoli в нем было опубликовано около 600 новых видов головоломок. Nikoli специализируется на матричных головоломках типа судоку, в которых необходимо заполнять матрицу, обычно в форме квадрата. Внимание к деталям – один из факторов, обеспечивающих к ним интерес: в красивых квадратах судоку элементы расположены симметрично, но даже если симметрии нет, судоку все равно создается с большим вниманием к внешнему виду. Правила всегда очень просты, а постепенное заполнение клеток доставляет огромное удовольствие людям вроде меня и оказывает такое же терапевтическое воздействие, как раскрашивание рисунков. Чтобы пробудить в вас интерес к подобным головоломкам, я выбрал четыре примера.

Тираж журнала, публикуемого Nikoli, – около 50 тысяч экземпляров. Среди его читателей не только любители решать головоломки, но и их создатели, присылающие в редакцию несколько сотен предложений в год. Следующая головоломка – «Прямоугольники» (Shikaku – «разделить на квадраты»); ее идея принадлежит 21-летнему студенту по имени Ёсинао Анпуку. Впоследствии он начал работать в Nikoli и сейчас занимает там должность исполнительного редакционного директора.

Ответ

46. ПРЯМОУГОЛЬНИКИ

В головоломке «Прямоугольники» нужно разделить матрицу на прямоугольные и квадратные блоки. Числа в ячейках матрицы определяют площадь блока, содержащего это число (оно эквивалентно количеству ячеек в блоке).

Разберем пример. На представленном ниже рисунке A – исходная матрица, а C – решение, в котором отмечены все прямоугольные и квадратные блоки. Вначале необходимо найти наибольшее число в исходной матрице, поскольку зачастую формы и положение блоков с этим числом будут иметь определенные ограничения. Самое большое число в данной головоломке – 9, а единственно возможные блоки для числа 9 – прямоугольник 9 × 1 или квадрат 3 × 3. В этой матрице нет горизонтальных или вертикальных последовательностей из девяти пустых ячеек, поэтому блок числа 9 должен быть квадратом и может располагаться только в одном положении, показанном на рисунке B. Аналогично единственный прямоугольный блок из восьми ячеек, который содержит число 8, а также единственный прямоугольный блок из шести ячеек, содержащий число 6, должны находиться на отмеченных местах. Как только будут отчерчены некоторые блоки, вы сможете определить позиции других блоков.

А теперь ваша очередь.

Компанию Nikoli основал Маки Кадзи – страстный любитель скачек, поэтому он назвал ее в честь подготовленного в Ирландии жеребца, который, будучи фаворитом, проиграл на скачках в Эпсоме в 1980 году. Впервые я встретился с Кадзи в 2008-м, в офисе Nikoli в Токио. Он рассказал мне о двух своих хобби – коллекционировании канцелярских резинок и фотографировании номерных знаков, на которых цифры соответствуют строкам таблицы умножения, например: 23 06 (2 × 3 = 6) и 77 49 (7 × 7 = 49). Во время следующей нашей встречи в 2016 году Кадзи сообщил, что его коллекция канцелярских резинок продолжает расти и пополнилась новыми интересными экземплярами из Таиланда и Венгрии. Что касается фотографий номерных знаков, у него уже набралось 85 процентов изображений строк из таблицы умножения от 1 до 9. «Я близок к завершению, – сообщил мне Кадзи, – у меня есть правило: не искать такие номерные знаки намеренно. Я фотографирую только те, которые попадаются случайно».

Ответ

47. КИТАЙСКАЯ СТЕНА

Цель головоломки «Китайская стена» (от англ. slitherlink – скользящие линии) – соединить точки горизонтальными и (или) вертикальными линиями так, чтобы получился один замкнутый контур. Числа в ячейках обозначают количество линий, которые могут быть расположены вокруг соответствующего числа. Так, вокруг ячейки с числом 1 должна проходить только одна линия, вокруг ячейки с числом 2 – две и т. д. Вокруг пустых ячеек можно проводить любое количество линий. Однако полученный контур не должен пересекаться и разветвляться.

На представленном ниже рисунке A самые очевидные варианты начала – это ячейки с числом 0, поскольку вокруг них не будет линий. Отметьте их маленькими крестиками, чтобы видеть, что там не должно быть никаких линий, как показано на рисунке B. Один из крестиков расположен возле ячейки с цифрой 3, что оставляет место только для трех линий вокруг нее. Нарисуйте их. На рисунке C мы можем продолжить контур вверх, причем существует лишь один способ обвести ячейку с цифрой 2 двумя линиями. Обратите внимание: на рисунке B я отметил также точки a, b, c и d в тех местах, где потенциальные линии могут выйти из точки между ячейками с цифрой 3. Контурная линия должна пройти через эту точку, так как в случае, когда ячейку окружают три линии, они проходят через четыре точки. Контур проводится либо через a, либо через b, либо через c, либо через d, поскольку, если он проходит и через a, и через b или через c и d, образуется ответвление, а это запрещено условием задачи. Во всех случаях контурная линия проводится через две другие стороны обеих ячеек с цифрой 3, поэтому мы можем отметить их на рисунке С. Решение задачи представлено на рисунке D.

Следующую головоломку решите самостоятельно. Помните, что единственный контур должен быть замкнут без пересечений и ответвлений. Существует лишь одно решение, и оно может быть найдено только с помощью логики.

«Китайская стена» – одна из любимых головоломок Маки Кадзи (и моих), разработанных компанией Nikoli. Мне нравится медленно выстраивать контур, змейкой постепенно обвивающий всю схему. Его построение приносит большое удовольствие.

Ответ

48. АДСКИЙ ГОЛЬФ

Компания Nikoli постоянно разрабатывает новые головоломки. Задача «Адский гольф», один из ее последних продуктов, создана под влиянием игры в гольф, и в ней учтено, что по мере приближения к лунке удары становятся короче.

В этой игре вы должны загнать мяч, отмеченный кружком, в соответствующую лунку, обозначенную буквой H. Число в кружке – это расстояние (количество ячеек), которое должен пройти мяч после первого удара. Если в результате первого удара мяч не попадет точно в квадрат H, второй удар должен быть на одну ячейку короче. Если и после второго удара мяч не достигнет цели, третий должен быть на одну ячейку короче и т. д. Таким образом, траектория движения мяча, обозначенного цифрой 3, будет состоять либо в точности из трех квадратов, либо из трех квадратов, за которыми последуют еще два квадрата, либо из трех квадратов, за которыми последуют еще два квадрата, а затем еще один квадрат. Мячи могут передвигаться только по горизонтали или по вертикали. Каждый новый удар делается либо в том же направлении, что и предыдущий, либо в другом.

Пути мячей не могут пересекаться. Кроме того, нужно попасть в лунку после каждого удара. Два мяча не должны попадать в одну лунку. Затененные области обозначают песчаные ловушки (бункеры). Мяч, отправленный в лунку коротким ударом, пересекает бункер, но не должен туда упасть.

В приведенном примере A – исходная схема. Первым делом нужно определить, какие мячи однозначно попадут в цель. Например, мяч с цифрой 3 в верхнем левом углу должен пройти три квадрата после первого удара. Однако он не может передвигаться по горизонтали, иначе угодит в бункер; следовательно, его нужно отправить по вертикали вниз, как показано на рисунке В. Аналогично мяч с цифрой 3, находящийся рядом с первым мячом по диагонали, тоже угодит в бункер, если отправить его в горизонтальном направлении, поэтому его нужно направить вниз. Каждый из этих двух мячей достигнет лунки после удара на два квадрата. Таким образом, мяч из верхнего левого угла следует и далее перемещать вниз, поскольку траектории движения мячей не должны пересекаться, после чего он попадает в лунку. Другой мяч должен продолжить движение по горизонтали, так как в случае передвижения вниз не найдется лунки, куда он мог бы попасть после перемещения на один квадрат. Стало быть, этот мяч тоже найдет свою лунку. Решение задачи представлено на рисунке С.

А теперь сделайте первый удар!

Ответ

49. СВЕТ

Последняя головоломка от Nikoli – об электрических лампочках, освещающих комнату. В задаче Akari («Свет») нужно осветить всю матрицу, разместив определенным образом лампочки, изображенные в виде кружков. Черная ячейка с цифрой указывает, сколько лампочек должно быть размещено в соседних ячейках непосредственно сверху, снизу, слева или справа от нее. Каждая лампочка освещает все незаблокированные квадраты в своей строке и столбце. Квадраты, не примыкающие к квадратам с цифрами, могут быть с лампочками или без. В решении задачи все белые квадраты должны быть освещены, причем две лампочки не могут находиться на пути света друг друга.

В данном примере A – начальная схема. Поскольку каждая цифра подсказывает, сколько лампочек нужно расположить рядом с соответствующим квадратом по горизонтали и вертикали, нам известно, что лампочки есть во всех горизонтальных и вертикальных клетках рядом с обеими клетками с цифрой 0 (на рисунке В я обозначил их точками). Две лампочки рядом с квадратом 4 граничат с квадратом 2, а мы знаем, что они не могут находиться у двух других сторон квадрата 2, поэтому я поставил еще одну точку в клетке над квадратом 2. На рисунке С стрелками обозначены строки и столбцы, освещенные четырьмя лампочками, отмеченными на предыдущем рисунке. В клетке над квадратом 3 не может быть лампочки, потому что он находится на пути света от другой лампочки, а значит, у каждой из трех оставшихся сторон квадрата 3 должна быть лампочка. Мы также можем определить, что лампочку следует поместить в клетке а, поскольку во всех остальных позициях, которые могли бы осветить этот квадрат, запрещено вкручивать лампочки – либо потому, что мы отметили их как не имеющие лампочек, либо потому, что они находятся на пути света от другой лампочки. Решение показано на рисунке D.

А теперь пролейте немного света на следующую схему.

Размещение электрических лампочек в помещениях необычной формы приводит нас к последней геометрической головоломке.

На рисунке ниже показано горизонтальное сечение комнаты. Лампочкой обозначено местоположение единственного источника света. Когда свет включен, стена, отмеченная жирной линией, полностью остается в тени. Будем исходить из предположения, что остальные стены не отражают света.

Ответ

50. ТЕМНАЯ КОМНАТА

Разработайте проект комнаты с прямыми стенами, где единственный источник света расположен так, что часть каждой стены или вся стена остаются в тени.

Все стены комнаты должны быть соединены. Нельзя включать в проект отдельно стоящие стены или выступающие кромки.

Кто решит эту головоломку последним, будьте добры, выключите свет.

Ответ

В этой главе я собрал головоломки, в основе которых лежит происходящее в реальном мире. В одних задействованы знакомые объекты, например чаши, кувшины, фитили и картофель. Другие описывают ситуации из повседневной жизни, такие как соревнования по бегу, полет на самолете, а также поход за покупками. С этой старейшей из всех задач в этой книге мы и начнем.

Китайский математик Чжэнь Луань придумал эту задачу в середине VI века, хотя впервые подобные задачи (как приобрести 100 животных трех видов за 100 денежных единиц) появились столетием ранее, и тоже в Китае.

Это замечательная головоломка: удивительно лаконичная, с неочевидным решением. Проверив в уме несколько чисел, вы совсем запутаетесь. Любимая загадка китайцев о сотне животных распространилась в Индии, на Ближнем Востоке и в Европе. Сборник головоломок Алкуина под названием «Задачи для развития молодого ума», о котором я уже упоминал, содержит три варианта этой головоломки: продаются кабаны, свинки и поросята по десять, пять и половине динария; лошади, коровы и овцы – по три солида[20], одному и двадцать четвертой части солида; верблюды, ослы и овцы по пять, одному и двадцатой части солида. Последний вариант, возможно, отдавая должное происхождению головоломки, Алкуин называет задачей восточного торговца.

Современные читатели при решении подобных задач сразу же представят их в виде уравнений. Если вы покупаете х петухов, y кур и z цыплят, то вопрос Чжэнь Луаня можно перефразировать так:

1. x + y + z = 100 (поскольку всего должно быть 100 птиц).

2. 5 x + 4 y + z/4 = 100 (потому что общая сумма составляет 100 единиц).

Решив эти уравнения, вы получите ответ.

Чжэнь Луань, Алкуин и их современники решали задачи такого рода посредством догадок, проб и ошибок. У них не было возможности использовать алгебру, поскольку после крушения античной цивилизации эта наука надолго прервала свое развитие и начала возрождаться сначала на Востоке с IX века, а потом и в Европе. Однако решать подобные задачи с помощью уравнений гораздо проще и, пожалуй, интереснее. В задачах о сотне животных мне нравится именно то, что они одними из первых демонстрировали огромную силу алгебраических методов. Эти головоломки сыграли определенную роль в развитии и распространении новых математических методов, причем не только в виде блестящего доказательства их эффективности, но и в качестве интересных логических проблем, которые потребовали от математиков средних веков и эпохи Возрождения более глубокого анализа.

Алгебра – раздел математики, в котором числа и величины представлены в уравнениях в виде символов, например x, y и z. Слово «алгебра» происходит от арабского al-jabr – «восстановление». Багдадский ученый IX столетия Аль-Хорезми использовал это слово для обозначения математической операции, которая в современной науке подразумевает взятие какого-нибудь члена из одной части уравнения и его «восстановление» в другой. С помощью восстановления и других операций Аль-Хорезми разработал методы решения простых уравнений.

Египетский математик Абу Камил, живший в IX–X веках, написал ряд работ с подробным анализом идей Аль-Хорезми. В одной из них шла речь о задачах с покупкой 100 птиц за 100 денежных единиц. «Мне известен тип задач, который может показаться захватывающим, оригинальным и притягательным людям как высокого, так и низкого положения, как ученым, так и безграмотным, – писал он. – Однако, обсуждая друг с другом решения, люди обмениваются не совсем верными суждениями и догадками, поскольку не видят наглядного принципа или системы… Чтобы сделать этот вопрос понятнее, я решил написать книгу».

Давайте решим эту задачу. У нас есть два уравнения:

1. x + y + z = 100 (поскольку всего должно быть 100 птиц).

2. 5 x + 4 y + z/4 = 100 (потому что общая сумма составляет 100 единиц).

Как правило, для решения подобных уравнений (в школе их называют системой уравнений) необходимо столько уравнений, сколько есть переменных. Например, для трех переменных нам понадобится три уравнения.

В данном случае у нас два уравнения. Однако уравнение предоставляет нам дополнительную информацию, позволяющую решить задачу. Мы можем исходить из того, что птицы не продаются половинами, четвертями и что их количество не может обозначаться отрицательной величиной. (Давайте предположим, что нам необходимо купить как минимум одну особь.) Следовательно, значения x, y и z должны быть натуральными числами и, разумеется, меньше 100.

Приступим к работе. Умножьте второе уравнение на четыре, чтобы избавиться от дроби:

(1) 20 x + 16 y + z = 400.

После нескольких операций «восстановления» получится, что

z = 400 – 20 x – 16 y.

Подставив это значение вместо z в уравнении (1), получим:

(2) x + y + 400 – 20x – 16 y = 100.

Это уравнение можно привести к такому виду:

19 x + 15 y = 300.

Теперь у нас есть одно уравнение с двумя переменными, которое можно решить с учетом других условий. Единственные положительные целые значения x и y, которые мы можем в него подставить, найденные методом проб и ошибок, – это x = 15 и y = 1. (Обратите внимание: 300 делится на 5, а значит, 19x + 15y тоже делится на 5, поэтому x должно быть кратным 5. Этому условию отвечают только значения x = 5, 10 и 15, но подстановка первых двух значений не позволяет решить уравнение.) Следовательно, z = 100 – x – y = 100 – 16 = 84.

Ответ: за 100 денежных единиц можно купить 15 петухов, 1 курицу и 84 цыпленка.

В своем труде Абу Камил пишет, что в зависимости от цены трех птиц у этой задачи иногда есть одно решение (как в данном примере), а порой ни одного или, наоборот, несколько. В пример он приводит следующую задачу.

52. СОТНЯ ПТИЦ

Если утка стоит 2 драхмы[21], голубь – половину, а куры треть драхмы, сколько уток, кур и голубей у вас будет, когда вы купите 100 птиц за 100 драхм?

Помимо изобретения новой математики средневековые арабские ученые также приняли индийскую систему счисления, состоящую из десяти цифр, включая ноль. Арабские цифры (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 0) пришли в Европу примерно в XIII веке. Одной из первых европейских книг, где они использовались, была Liber Abaci («Книга абака», или «Трактат по арифметике») итальянского математика Леонардо Пизанского (Фибоначчи). Этот труд содержит сведения о вычислениях и измерениях, а также математические головоломки, в том числе задачи о птицах, такие как следующая.

Купите 30 птиц за 30 динариев: куропаток по 3 динария, голубей по 2 динария и воробьев по ½ динария. Эта задача решается замечательным образом, поэтому предоставляю вам возможность сделать это самостоятельно.

На протяжении трех следующих столетий почти все авторитетные математики эпохи Возрождения предложили свои варианты этой задачи, где шла речь о покупке дроздов, жаворонков, иволг, мухоловок, скворцов, гусей, каплунов и прочих пернатых. Такие задания оказались не только занимательным развлечением, но и обеспечили нас данными об истории южно-европейской орнитологии и гастрономии.

Решив одну задачу о птицах, вы сможете решить их все; для этого необходимо просто записать условия в виде системы уравнений и найти ответ в виде целых чисел.

Во многих других головоломках ситуацию также следует представить как систему уравнений. Как правило, в них не хватает уравнений для всех переменных, поэтому при решении приходится полагаться на тщательно продуманный метод проб и ошибок или математическое озарение. Следующая задача – моя любимая, причем не только потому, что количество данных кажется невероятно скудным (всего два уравнения на четыре переменные), но и потому, что фигурирующее в ней число имеет непосредственное отношение к известному бренду.

Ответ

53. 7-ELEVEN

[22]

Покупатель заходит в магазин 7-Eleven и покупает несколько товаров.

– С вас 7,11 фунта, – говорит кассир.

– Забавно… – отвечает покупатель.

– Да, – говорит кассир, – я только перемножил цены этих четырех товаров.

– А разве вы не должны были их сложить?

– Согласен, но сумма цен дает то же число.

Сколько стоит каждый товар?

Для решения задачи нужно знать пару простых математических фактов. Во-первых, простое число – это целое число, которое делится только на себя и на 1. Список простых чисел начинается так:

2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19…

Во-вторых, нужно знать основную теорему арифметики и, самое важное, главное правило простых чисел, а именно: каждое целое число можно представить в виде произведения уникального множества простых чисел. Например:

60 = 2 × 2 × 3 × 5

711 = 3 × 3 × 79

123 456 = 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 3 × 643

В каждом случае число можно разбить на простые множители только одним способом. Возможно, вы принимали это правило как нечто само собой разумеющееся, даже не зная его названия. Как бы там ни было, основная теорема арифметики поможет вам составить одно из уравнений, необходимых для решения данной задачи.

Для деления больших чисел на простые множители вам может понадобиться калькулятор или компьютер. Но даже несмотря на это, задача остается невероятно увлекательной.

Что связывает великого математика XIX столетия Симеона Дени Пуассона с актером Брюсом Уиллисом, героем голливудских боевиков? Оба решили представленную ниже головоломку. Биограф Пуассона писал, что эта головоломка стала той искрой, которая разожгла интерес юного француза к математике. «Без всяких размышлений о таких вещах, не зная ни условных обозначений, ни алгебраических методов, без какой-либо предварительной подготовки он решил [ее] самостоятельно – и в тот самый день почувствовал, что в нем родилась любовь к математике, от которой он не должен отказываться. Так начался его путь к славе». Браво!

На Брюса Уиллиса эта головоломка повлияла столь же жизнеутверждающе. В фильме «Крепкий орешек 3: Возмездие» он и актер Сэмюэл Джексон решили эту задачу, чтобы обезвредить бомбу с часовым механизмом. Если это смогли сделать Уиллис и Джексон, сможете и вы.

Ответ

54. ТРИ КУВШИНА

У вас есть 8-литровый кувшин с вином и два пустых кувшина емкостью 5 и 3 литра. Ни на одном из них нет мерной шкалы.

Налейте в один из кувшинов ровно 4 литра вина.

Впервые эта задача появилась в летописи XIII века аббата Альберта из городка Штаде близ Гамбурга. Этот опус включает самое подробное описание средневекового похода паломников из Северной Европы в Рим, написанное в форме диалога между двумя странствующими монахами Тирри и Фирри. В их шутливых беседах содержится несколько головоломок. «Раздели вино, – говорит Тирри Фирри, поддразнивая его задачей с тремя кувшинами, – иначе останешься без ничего».

Решать эту головоломку действительно весело, и я предоставляю вам возможность сделать это обычным способом, то есть, переливая вино из одного кувшина в другой, посмотреть, чем это закончится. Сделайте это, прежде чем продолжите читать.

Теперь я покажу вам другой способ решения задачи о трех кувшинах, используя шары, перемещающиеся по бильярдному столу необычной формы.

Бильярдный стол (см. рисунок) представляет собой параллелограмм со сторонами пять и три единицы, состоящий из равносторонних треугольников. Я обозначил их на рисунке, поскольку эти треугольники образуют систему координат (x, y). В ней значения x расположены по горизонтали, а y – по диагонали.

На следующем рисунке показано, что произойдет, если поместить шар в позицию с координатой (5; 0) и отправить его вдоль стороны треугольника. Шар отскочит от стенок бильярдного стола в точках (2; 3), (2; 0), (0; 2), (5; 2) и (4; 3), прежде чем двинется дальше. (Математические бильярдные столы лишены трения, поэтому шары перемещаются в том направлении, в каком вы их отправляете.)

А теперь рассмотрим удар по шару, расположенному в точке (0; 3). Он отскочит от стенок в точках (3; 0), (3; 3), (5; 1), (0; 1), (1; 0), (1; 3) и (4; 0), прежде чем продолжит свой путь.

Давайте тщательнее проанализируем эти координаты:

Не кажутся ли вам эти числа знакомыми? Надеюсь, что да! Ведь это и есть два возможных решения задачи о трех кувшинах.

Для того чтобы не запутаться, обозначим 5-литровый кувшин буквой A, а 3-литровый буквой Б.

Сначала оба кувшина пусты.

Наполним кувшин А. Состояние кувшинов такое: А = 5 литров, Б = 0 литров. Запишите это значение как (5; 0).

Теперь перелейте жидкость из кувшина А в кувшин Б. В кувшине А остается 2 литра, а кувшин Б полон, то есть в нем 3 литра. Кувшины находятся в точке (2; 3).

Вылейте жидкость из кувшина Б в третий кувшин. Теперь кувшины в точке (2; 0).

Перелейте жидкость из кувшина А в кувшин Б: (0; 2).

Снова наполните кувшин А: (5; 2)

Перелейте жидкость из кувшина А в кувшин Б: (4; 3).

Все: в кувшине А 4 литра, а значит, задача решена.

Объем жидкости в кувшинах А и Б в точности соответствует координатам точек, в которых шар отскакивает от стенок бильярдного стола после удара из точки (5; 0).

Если бы при поиске решения головоломки мы сначала наполнили кувшин Б, то объем жидкости в кувшинах А и Б можно было бы описать координатами точек, в которых шар отскакивает от стенок бильярдного стола после удара из позиции (0; 3).

Метод решения задач с кувшинами посредством шаров открыл британский статистик Морис Твиди в 1939 году, когда ему было двадцать лет. Каждый раз, когда шар отскакивает от стенок ромбовидного стола, траектория его движения приводит вас к следующему действию.

Если вам когда-либо понадобится вылить определенное количество жидкости из полной посуды в две пустые емкости поменьше без мерной шкалы, объем которых равен х и y, все, что вам нужно будет сделать, – это построить ромбовидный бильярдный стол со сторонами х и y и катать по нему шары.

Господа Уиллис и Джексон, если вы читаете эти строки, примите мои слова к сведению.

Ответ

55. ДВА ВЕДРА

Вы стоите у ручья с двумя ведрами вместимостью семь и пять галлонов. Как набрать шесть галлонов воды за минимальное количество переливаний?

Идея переливания жидкости из одного сосуда в другой лежит в основе ряда других занимательных головоломок.

Ответ

56. КОФЕ С МОЛОКОМ

В термосе у вас кофе, в чашке – молоко. Вы налили некоторое количество кофе в чашку с молоком, а затем перелили немного напитка назад в термос так, чтобы уровень жидкости в обеих емкостях был таким же, как изначально.

Чего больше – кофе в чашке или молока в термосе?

Эта задача вам на завтрак, а следующая предназначена для более позднего времени дня.

Ответ

57. ВОДА И ВИНО

У вас есть пинта воды в одном кувшине и пинта вина в другом. Вылейте полпинты воды в вино и перемешайте. В кувшине с вином теперь пинта вина и полпинты воды. Вылейте полпинты разбавленного вина в кувшин с водой так, чтобы в каждом кувшине оказалось по одной пинте жидкости. Перемешайте. Продолжайте переливать по полпинты из одного кувшина в другой.

После скольких переливаний в двух кувшинах будет одинаковое содержание вина в жидкости?

Жидкость не единственное вещество, которое льется. Примерно таким же свойством обладает песок. Ниже представлен вариант задачи с кувшинами, в котором необходимо измерять время, а не объем.

Ответ

58. 15 МИНУТ СЛАВЫ

С помощью песочных часов на 7 и 11 минут отмерьте ровно четверть часа.

Я помогу вам решить эту задачу. Итак, у нас есть пара песочных часов и мы будем их переворачивать. Перевернув одни часы, мы смогли бы отмерить только либо 7, либо 11 минут, то есть вернулись бы к тому, с чего начали.

Давайте проанализируем числа – это полезно. Наши песочные часы отмеряют 7 и 11 минут, а нам необходимо отмерить 15 минут. Разность между одиннадцатью и семью равна четырем, а это то же число, что и разность между пятнадцатью и одиннадцатью. Значит, при решении нам нужно придерживаться следующей стратегии.

Переверните двое часов. Через семь минут в 7-минутных часах упадут последние песчинки, а вторые часы будут отсчитывать время еще 4 минуты. Именно этот интервал нам и нужен: здесь начнем отсчет 15 минут. Через четыре минуты 11-минутные часы опустеют. Сразу же переверните их – и через 11 минут получите ровно 15 минут, как показано на рисунке.

Впрочем, это не самое лучшее решение, ведь на него у нас ушло целых 22 минуты, хотя отмерить надо было четверть часа. Найдите более подходящий способ.

Измерять время можно и с помощью фитиля.

Ответ

59. ПУТАНИЦА С ФИТИЛЯМИ

У вас есть набор фитилей, каждый из которых сгорает за один час. Длинные и тонкие фитили горят неравномерно: один участок может гореть быстрее, чем другой. Разрезание фитиля пополам не гарантирует, что каждая половина сгорит за полчаса.

1. С помощью двух фитилей отмерьте 45 минут.

2. С помощью одного фитиля как можно точнее отмерьте 20 минут.

Соль этой задачи в том, что понимание математики позволяет исключить условие неравномерности горения и точно отмерить промежутки времени. Мне нравится, что в этой головоломке математика берет верх над физикой.

Ниже предложена еще одна головоломка о том, как преодолеть несовершенство физического мира.

Ответ

60. НЕПРАВИЛЬНАЯ МОНЕТА

В случае подбрасывания обычной монеты вероятность выпадения орла или решки равна 50: 50. Допустим, ваша монета с дефектом, из-за чего вероятность выпадения орла или решки составляет не 50: 50, а какое-то другое соотношение. Можно ли сделать так, чтобы она вела себя как обычная монета? Необходимо найти такую комбинацию подбрасываний, которая обеспечит результат 50: 50.

Монеты – важнейший инструмент в мире головоломок; в следующей главе мы поговорим о них подробнее.

Рычажные весы были единственным инструментом для взвешивания предметов вплоть до XVIII столетия, когда были изобретены пружинные весы с одной чашей. Будучи распространенным измерительным прибором, рычажные весы часто были героями математических головоломок, начиная с эпохи Возрождения до эпохи Просвещения и позднее. Решите одну из них.

Ответ

61. РАЗДЕЛИТЕ МУКУ

У вас есть рычажные весы и две гири весом 10 и 40 граммов. Разделите 1 килограмм муки на две части – 200 и 800 граммов – за три взвешивания.

Предположим, у нас есть набор килограммовых гирь, соответствующих первым шести членам последовательности удваивающихся чисел: 1, 2, 4, 8, 16, 32. Комбинируя эти шесть гирь, можно получить любой вес от 1 до 63 килограммов. Например:

3 = 2 + 1.

Другими словами, для того чтобы получить 3 килограмма, необходимо взять две гири весом 2 и 1 килограмм.

13 = 8 + 4 + 1;

27 = 16 + 8 + 2 + 1;

63 = 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1.

В действительности шесть гирь образуют минимальный набор, позволяющий измерить любой вес в килограммах от 1 до 63.

Почему это так, можно понять, рассматривая выражение веса в двоичных числах. В двоичной системе счисления используются только цифры 1 и 0. Двоичные числа – это числа десятичной системы, записанные с помощью 1 и 0: 1, 10, 11, 100, 110 и т. д. Числа 1, 10, 100, 1000, 10 000 и 100 000 в двоичной системе счисления соответствуют десятичным числам 1, 2, 4, 8, 16 и 32. Таким образом, двоичные числа – это своего рода инструкции в отношении того, как выстраивать числа с помощью последовательности, в которой каждый очередной член в два раза больше предыдущего. Таким образом, в двоичной системе следующие числа записываются так:

3 – это 11

13 – 1101

27 – 11 011

63 – 111 111

Цифра 1 в крайнем правом столбце соответствует 1, цифра 1 в соседнем столбце – 2, цифра 1 в следующем столбце – 4 и т. д. Аналогичным образом цифра 0 в крайнем правом столбце означает отсутствие цифры 1, цифра 0 в соседнем столбце означает отсутствие цифры 2, цифра 0 в следующем столбце – отсутствие цифры 4 и т. д.

Итак, возьмем число 13, которое записывается в двоичной системе как 1101. Эта группа цифр справа налево означает: одна цифра 1, нет цифры 2, одна цифра 4 и одна цифра 8. Другими словами, 13 = 1 + 4 + 8 – как и было сказано.

Но давайте больше не будем отвлекаться на двоичные числа, какой бы интересной ни была эта тема. Вернемся к весам и гирям.

Поскольку наш набор гирь (1, 2, 4, 8, 16, 32) позволяет измерить любой вес в килограммах от 1 до 63, мы можем взвесить любое целое количество килограммов от 1 до 63, положив на одну из чаш весов соответствующую комбинацию гирь. А что, если использовать обе чаши?

Ответ

62. ЗАДАЧА БАШЕ О ВЗВЕШИВАНИИ

У вас есть рычажные весы. С помощью какого минимального набора гирь можно измерить любой вес от 1 до 40 килограммов в целых числах, если гири можно класть на любую чашу?

Эта задача включена в книгу Леонардо Пизанского Liber Abaci («Книга абака», или «Трактат об арифметике»), хотя она более известна как задача о гирях французского математика Клода Гаспара Баше.

Баше был поэтом, переводчиком и математиком, а также автором сборника головоломок. В 1612 году он опубликовал первое издание книги Problèmes Plaisants et Délectables Qui Se Font Par Les Nombres («Занимательные и приятные числовые задачи»). В ней собраны многие из тех головоломок, с которыми вы здесь уже встречались, такие как переправа через реку, покупка сотни птиц и переливание жидкости в трех кувшинах. На протяжении трех столетий сборник Problèmes Plaisants считался стандартным текстом по занимательной математике, на нем основывалась вся последующая литература о головоломках. Кроме того, в книге Баше представлен самый известный анализ задачи с рычажными весами.

Баше внес еще один важнейший вклад в историю математики: перевел «Арифметику» древнегреческого математика Диофанта на латынь. Именно на одной из страниц этого перевода французский математик Пьер Ферма написал, что нашел чудесное доказательство теоремы, сформулированной под влиянием этого текста, но не может записать его, поскольку поля книги слишком узкие. Доказательство последней теоремы Ферма (уравнение aⁿ + bⁿ = cⁿ не имеет решений, выраженных в целых ненулевых числах a, b и c, если n больше 2) ускользало от математиков на протяжении 350 лет, что сделало ее за это время самой знаменитой нерешенной задачей в математике.

Вот вам задача для подготовки:

У вас есть восемь идентичных монет. Девятая монета фальшивая: она выглядит так же, но весит чуть меньше остальных монет. Сможете ли вы найти ее всего за два взвешивания?

Возможно, вы захотите решить эту задачу самостоятельно, в таком случае не читайте написанное далее. Я привожу здесь решение, чтобы вы смогли справиться со следующими головоломками.

Чтобы решить задачу о фальшивой монете, разделите монеты на три группы по три монеты. Если мы обозначим их номерами 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9, то первый раз взвешиваем монеты 1, 2, 3 и монеты 4, 5, 6. При этом чаши весов будут либо уравновешены, либо нет.

Если чаши весов уравновешены, как показано на рисунке слева, значит, более легкая монета – это номер 7, 8 или 9. Если одна чаша весов перевешивает другую, как на среднем рисунке, то более легкая монета – это номер 1, 2 или 3. Если же чаши весов расположены как на рисунке справа, значит, это монета номер 4, 5 или 6. Во всех трех случаях мы можем сузить вероятность поиска более легкой монеты с одной из девяти до одной из трех.

Теперь, при втором взвешивании, нам остается только сравнить вес одной из оставшихся монет с другой монетой, отложив третью в сторону. Более тяжелая монета перевесит чашу весов, а если чаши будут уравновешены, то фальшивая монета – та, что вы отложили. Вот и все.

Следующая задача стала широко известной во время Второй мировой войны. Она привела лучшие умы союзников в такое смятение, что кто-то даже предложил подкинуть фальшивую монету на вражескую территорию, чтобы вызвать хаос в мозговом центре немцев.

Ответ

63. ФАЛЬШИВАЯ МОНЕТА

У вас есть 11 одинаковых монет. Двенадцатая монета – фальшивая. С виду она такая же, как все, но отличается весом. Вам неизвестно, легче она или тяжелее остальных.

Сможете ли вы за три взвешивания найти фальшивую монету и определить, легче она или тяжелее других монет?

Кстати, для весов с одной чашей (таких как современные цифровые весы, показывающие вес в килограммах) тоже можно придумать интересные головоломки с фальшивыми монетами.

Ответ

64. СТОПКА ФАЛЬШИВЫХ МОНЕТ

У вас десять стопок монет, по десять монет достоинством один фунт в каждой. Девять стопок состоят из подлинных однофунтовых монет, а в одной – все монеты фальшивые. Вам известен вес однофунтовой монеты, а также то, что фальшивая монета на 1 грамм тяжелее настоящей. Какое минимальное количество взвешиваний требуется для того, чтобы определить стопку фальшивых монет на весах с одной чашей?

Преемником Клода Гаспара Баше в части придумывания головоломок считается француз Эдуард Люка, чьи труды по занимательной математике появились в конце XIX века. Помимо того что Люка был виднейшим математиком своего времени и добился больших успехов в понимании простых чисел, он изобретал новые головоломки и анализировал классические задачи такого рода. Рассказанная далее история подлинная и взята из французского учебника по математике 1915 года. Автор пишет, что случай произошел на научной конференции много лет назад. Несколько известных математиков, в том числе выдающихся, прохаживались после обеда и беседовали. Люка вступил с ними в разговор и предложил решить представленную далее задачу. Одни математики ответили неправильно, другие промолчали. Задачу так никто и не решил.

Вам слово, дорогой лектор.

Ответ

65. ИЗ ГАВРА В НЬЮ-ЙОРК

Ежедневно в полдень океанский лайнер отправляется из Гавра в Нью-Йорк; в то же самое время из Нью-Йорка в Гавр тоже выходит лайнер. Путь через океан в любом направлении занимает ровно семь дней и семь ночей. Сколько лайнеров до прибытия в Нью-Йорк встретит на своем пути лайнер, вышедший из Гавра сегодня?

Мне нравится эта задача, поскольку притом что речь в ней идет о рядовом событии (корабли отправляются и прибывают в порт), присутствует также интересная математическая изюминка. Существует множество замечательных головоломок о транспорте, которые зачастую касаются того, о чем люди размышляют во время путешествий.

Ответ

66. ПОЛЕТ ТУДА И ОБРАТНО

Самолет совершает рейс из пункта А в пункт Б и обратно. В безветренный день полет занимает одинаковое количество времени в обоих направлениях. Но что произойдет, если погода будет ветреной? Полет в два конца займет больше или меньше времени, столько же, как обычно, или это зависит от направления ветра?

Допустим, ветер дует в одном направлении на протяжении всего полета. Очевидно, что при попутном ветре при движении самолета туда и обратно полет в два конца займет меньше времени, чем при полном отсутствии ветра. Можно предположить, что самолет летит из пункта А в пункт Б по прямой линии туда и обратно. Для начала проанализируйте, что произойдет, если самолет летит из пункта А в пункт Б при попутном ветре, ускоряющем его движение на этом участке пути, а возвращается при встречном, замедляющем его перемещение в обратном направлении. Будет ли влияние ветра полностью нейтрализовано в этом случае? Подумайте также о том, как будет лететь самолет, если ветер станет дуть под углом к траектории полета.

Изучение приборной панели во время длинной поездки на автомобиле тоже дает повод для арифметических развлечений.

Ответ

67. ПРОБЕГ АВТОМОБИЛЯ

Обычно в современных автомобилях устанавливают два одометра (измеряют количество оборотов колеса). Первый измеряет общий пробег автомобиля за весь период эксплуатации (его показания не обнуляются), а второй измеряет путь, пройденный автомобилем за одну поездку (его показания можно обнулить). Если показания любого из одометров будут состоять из одних девяток, то следующее число, которое он покажет, будет включать в себя только нули.

Допустим, первые четыре цифры на одометрах одинаковые, как показано на рисунке.

Если не обнулять счетчик пробега за одну поездку, при каком общем пробеге на обоих одометрах снова первые четыре цифры будут одинаковыми?

А теперь задумаемся над тем, как мы передвигаемся благодаря собственным усилиям.

Ответ

68. ОБГОН

1. Вы принимаете участие в забеге и обгоняете человека, бегущего вторым. Какое место вы занимаете?

2. Вы участвуете в забеге и обгоняете человека, бегущего последним. Какое место вы занимаете теперь?

Ответ

69. СТИЛИ БЕГА

Констанс и Дафни участвуют в забеге ровно на 26,2 мили. Констанс бежит весь марафон с постоянной скоростью: 1 миля за 8 минут. Дафни бежит с разной скоростью, чередуя рывки с медленным бегом, и покрывает каждую милю за 8 минут и 1 секунду. Другими словами, какую бы милю дистанции вы ни взяли – первую, последнюю или, скажем, отрезок с 13,6 мили до 14,6 мили, – Констанс пробежит ее ровно за 8 минут, а Дафни на секунду больше.

Может ли Дафни выиграть этот забег?

Не предоставляя слишком много информации, хочу отметить, что это возможно, причем главное – найти правильную стратегию. На мой взгляд, задачу можно отнести к разряду парадоксов, а не головоломок. Существуют логические парадоксы – предположения, приводящие к внутренне противоречивым выводам, и шуточные парадоксы – на первый взгляд абсурдные утверждения, которые после внимательного анализа оказываются истинными. Ниже предлагаются две задачи такого типа.

Ответ

70. ВЯЛЫЙ КАРТОФЕЛЬ

Стокилограммовую кучу картофеля оставили лежать на солнце. Вес картофеля на 99 процентов состоит из воды. После дня пребывания на солнце часть воды испарилась, и теперь 98 процентов веса картофеля приходится на воду. Чему равен новый вес картофеля?

Следующая задача была опубликована в издании 1896 года книги Уолтера Роуза Болла Mathematical Recreations and Essays[23] – первой важной книги по занимательной математике, написанной на английском языке. Впервые увидев свет в 1892 году, эта книга выдержала 14 изданий, причем последние четыре (вышедшие после смерти автора), 1939-го, 1942-го, 1974-го и 1987 годов, включали в себя поправки и дополнительные разделы, написанные известным канадским геометром Гарольдом Коксетером. Помимо всего того, чем Роуз Болл занимался в Кембридже, где он построил свою научную карьеру, он основал одно из старейших в мире сообществ иллюзионистов Pentacle Club. В своем завещании математик распорядился передать деньги Оксфордскому и Кембриджскому университетам, каждый из которых учредил кафедру Роуза Болла по математике.

Ответ

71. ПЛАН ЗАРАБОТНОЙ ПЛАТЫ

Вам предложили новую работу со стартовой заработной платой 10 тысяч фунтов в год. Начальник просит вас выбрать один из способов ее повышения.

План А: повышение на 500 фунтов каждые полгода, то есть каждые шесть месяцев ваша заработная плата на следующие шесть месяцев увеличивается на 500 фунтов.

План Б: ежегодное повышение на 2000 фунтов.

Какой план вы выберете?

Ответ

72. ДЕЛЕНИЕ ТРОСТИ

Дик распиливает свою трость на две части. Если точка деления выбирается случайным образом, какова в среднем длина меньшей части трости?

Одна из самых известных задач Эдуарда Люка – это ménage[24], или задача о супружеских парах, в которой необходимо определить, каким количеством способов можно рассадить за столом пары мужчин и женщин так, чтобы мужчины чередовались с женщинами и ни один мужчина не сидел рядом со своей женой. Решение этой задачи слишком сложное для нашей книги; сам Люка включил его в виде приложения в научный труд о теории чисел, а не в книги о занимательной математике. Но если вам любопытно, я сообщу ответ: для двух пар сделать это невозможно, для трех пар существует 12 способов, для четырех – 96 способов, а для пяти – 3120 способов.

Тем не менее весьма забавно, что званые ужины могут стать поводом для изобретения замечательных головоломок.

Ответ

73. РУКОПОЖАТИЯ

Эдвард и Люси пригласили на ужин четыре пары. Каждый человек пожимает руку только тому, кого не встречал раньше. Затем Эдвард спрашивает свою жену и восьмерых гостей, скольким людям они пожали руки, и получает девять разных ответов.

Скольким приглашенным пожала руку Люси?

Мы можем сделать ситуацию не столь официальной.

Ответ

74. РУКОПОЖАТИЯ И ПОЦЕЛУИ

Эдвард и Люси пригласили на ужин нескольких друзей. Некоторые из них не состоят в браке, а некоторые образуют разнополые пары. Мужчины приветствуют друг друга рукопожатиями. Женщины приветствуют и мужчин, и женщин поцелуями. (Разумеется, двое из одной пары не приветствуют друг друга.) Каждый гость на вечеринке приветствует Эдварда, Люси и всех остальных гостей. Исходя из того, что всего было шесть рукопожатий и 12 поцелуев, сколько гостей присутствовало на ужине и сколько среди них людей, не состоящих в браке?

Задачи о званых ужинах сводятся к анализу комбинаций. Хотя порой их слишком много, чтобы все подсчитать. Так что не делайте этого. А когда пойдете в театр, не забудьте свой билет.

Ответ

75. ПОТЕРЯННЫЙ БИЛЕТ

Сто человек выстроились в очередь, чтобы занять свои места в театральном зале на 100 мест. Первый человек в очереди не может найти билет, поэтому занимает случайно выбранное место. Каждый из оставшихся садится на свое место, если оно не занято; в противном случае каждый занимает место, выбранное случайным образом.

Какова вероятность того, что последний посетитель театра займет место, указанное в его билете?

В этой главе представлены головоломки о гипотетических случаях из реальной жизни. Теперь пора заняться тем, что происходит на самом деле.

Ответ

Головоломки, требующие выполнения определенных действий с осязаемыми предметами, пожалуй, самые увлекательные из всего математического досуга. Мы легче и проще входим в состояние глубокой концентрации, когда наши попытки решить задачу не связаны с необходимостью записывать что-то на бумаге или абстрактным мышлением. Такое глубокое погружение в размышления над задачей захватывает, а действия с реальными вещами превращают опыт решения головоломки в игру.

В этой главе мы будем иметь дело с монетами, спичками, марками, бумагой и веревкой, с содержимым вашего кармана или кошелька. Для первой задачи понадобится всего четыре одинаковых монеты. Если бы вам когда-либо пришлось ехать со мной в поезде, я непременно предложил бы вам ее решить.

По условиям задачи, вы должны найти способ расположить четыре монеты так, чтобы пятая идеально поместилась между ними. Попробуйте! На глаз это сделать не получится.

Решение сводится к следующему. Сначала необходимо понять, как зафиксировать относительное положение четырех монет. Существует только один способ это сделать – расположить четыре монеты в форме ромба, как показано на рисунке ниже (шаг 1). Для того чтобы закрепить относительное положение монет, нужно передвинуть любую монету в новое положение так, чтобы она соприкасалась с двумя другими.

Таким образом, нам придется перейти от схемы расположения монет, показанной в шаге 1, к представленной выше начальной схеме, придерживаясь следующего правила: на каждом шаге монету нужно размещать так, чтобы она соприкасалась с двумя другими – см. рисунок (шаг 2 и шаг 3).

Головоломки с монетами – это увлекательные маленькие задачки, которые полностью захватывают ваше внимание до тех пор, пока вы не найдете их решение. Как правило, они гораздо сложнее, чем кажется на первый взгляд. Тем не менее, немного подумав, вы сможете их решить.

Описанную выше задачу сто лет назад придумал английский математик Генри Дьюдени. Авторство следующей задачи тоже принадлежит ему.

76. 6 МОНЕТ

Расположите шесть одинаковых монет на столе по схеме, изображенной на рисунке, так, чтобы седьмую монету можно было разместить в заштрихованной области, соприкасающейся со всеми монетами.

Сначала необходимо определить начальное положение для всех шести монет. Затем поочередно передвигать монету на новое место так, чтобы она при этом соприкасалась с двумя другими монетами.

Задача решается за три шага.

Головоломки с монетами весьма увлекательны. Стоит вам разгадать эту, как захочется решить еще одну, и еще…

Ответ

77. ПРЕВРАЩЕНИЕ ТРЕУГОЛЬНИКА В ЛИНИЮ

Можете ли вы превратить треугольник в линию за семь шагов? Как и ранее, с каждым шагом нужно передвигать монету в новое положение так, чтобы она соприкасалась с двумя другими монетами. Запрещается отрывать монету от стола или с ее помощью передвигать другую монету.

Для решения следующей задачи понадобится восемь одинаковых монет.

Ответ

78. ВОДНАЯ ГОЛОВОЛОМКА

[25]

Придерживаясь тех же правил перемещения монет, что и в предыдущих задачах, сможете ли вы превратить букву H в O за четыре шага?

А можете ли вы вернуться от O к H за шесть шагов?

Мы уже встречались с Генри Дьюдени в этой книге. Он автор головоломки о Смите, Джонсе и Робинсоне, публикация которой вызвала всплеск интереса к решению дедуктивных задач в 1930-х годах.

Дьюдени был величайшим новатором по части придумывания головоломок в Великобритании, а возможно, и во всем мире. За сорок лет работы в газетах и журналах он составил больше классических задач по занимательной математике, чем кто-либо. В этом смысле Дьюдени был очень плодовит. Как говорилось в главе 1, задача о Смите, Джонсе и Робинсоне (задача 7) была опубликована в колонке Perplexities, которую Дьюдени много лет вел в журнале Strand, в 1930 году, в том самом месяце, когда он ушел из жизни.

По всей вероятности, призванием Дьюдени обязан своему деду, пастуху из Южного Даунса, который самостоятельно освоил математику и астрономию. Впоследствии он стал школьным учителем, как затем и его сын. Генри Дьюдени родился в 1857 году, но он не был создан для работы в сфере формального образования. Вместо того чтобы учиться в школе, в возрасте 13 лет он поступил работать клерком в государственное учреждение в Лондоне. Со временем жизнь служащего наскучила Дьюдени, и он начал отправлять придуманные им головоломки в редакции национальных изданий. Вскоре Дьюдени бросил работу, чтобы полностью посвятить себя созданию головоломок.

Его работа отличается не только размахом, но и глубиной, что особенно удивительно для самоучки, а живой арифметический ум не имел равных. В одной задаче из его книги The Canterbury Puzzles[26] 1907 года сказано, что куб единицы и куб двойки дают в сумме девять (1³ + 2³ = 1 + 8 = 9). Далее автор предлагает читателю найти еще два числа, сумма кубов которых равнялась бы девяти. Вот ответ:

и

«Один известный клерк страховой компании и один корреспондент взяли на себя труд возвести в куб эти числа, и оба нашли мой ответ совершенно правильным», – писал Дьюдени. Разум приходит в ужас при мысли о том, что он сумел получить этот результат исключительно с помощью бумаги и карандаша.

Дьюдени – автор многих головоломок с монетами. Следующая взята из его книги Amusements in Mathematics («Математические развлечения»), опубликованной в 1917 году.

Ответ

79. 5 ПЕННИ

Это очень сложная задача, хотя ее условия до смешного просты. Каждый читатель знает, как разместить четыре монеты по 1 пенни так, чтобы они были равноудалены друг от друга. Для этого нужно всего лишь положить их горизонтально на стол таким образом, чтобы они, соприкасаясь друг с другом, образовали треугольник, а четвертую монету поместить сверху, в центре. В этом случае каждое пенни соприкасается со всеми остальными, поэтому все монеты находятся на равном расстоянии друг от друга. Теперь попытайтесь сделать то же самое с пятью пенни. Разместите их так, чтобы каждая монета соприкасалась со всеми остальными, – вы обнаружите, что это совсем другое дело.

Вам будет проще решить головоломку (во всяком случае, мне было проще) с самыми большими монетами, которые сможете найти. Дьюдени предложил только одно решение, но их на самом деле два.

В книге Rational Amusement for Winter Evenings («Умственные развлечения для зимних вечеров»), написанной американским математиком Джоном Джексоном в 1821 году, есть следующие строки.

Your aid I want, nine trees to plant

In rows just half a score;

And let there be in each row three.

Solve this: I ask no more.[27]

Их можно перефразировать в виде вопроса: сможете ли вы посадить девять деревьев в десять рядов, по три дерева в одном ряду? Вот как решается эта задача:

В книге «Математические развлечения» Дьюдени пишет, что авторство этой задачи приписывают Исааку Ньютону, хотя нет никаких доказательств ее существования до публикации Джексоном в своей книге. Задачи о посадке деревьев, по условиям которых необходимо расположить определенное количество деревьев в определенном числе рядов, состоящих из определенного количества деревьев, удобнее всего решать с помощью монет. Ниже представлена одна из таких задач, придуманная Дьюдени.

Ответ

80. ПОСАДИТЕ 10 ДЕРЕВЬЕВ

Разместите десять монет на большом листе бумаги так, как показано на рисунке. Можете ли вы передвинуть четыре монеты, расположив их в других местах таким образом, чтобы все десять монет образовали пять прямых линий по четыре монеты в каждой линии?

Если вам удалось это сделать (а Дьюдени утверждает, что это не так уж трудно), определите, сколькими способами можно решить эту задачу при условии, что каждый раз вы начинаете с одной и той же позиции?

При решении этой головоломки, если монеты немного сдвинутся, может возникнуть путаница, поэтому я рекомендую отмечать их исходное положение на бумаге.

Дьюдени составил несколько задач с участием десяти точек, или «деревьев», расположенных на пяти линиях по четыре точки на каждой линии. Если исключить из задачи условие о том, что можно передвигать только четыре монеты, чтобы вы могли передвигать столько монет, сколько хотите, то можно составить еще пять схем расположения десяти монет в виде пяти прямых линий по четыре монеты в каждой. Дьюдени назвал эти схемы: «звезда», «стрела», «циркуль», «воронка» и «коготь». (Решение предыдущей задачи он называл «ножницами».) Схема в виде звезды показана на рисунке ниже. Удастся ли вам составить остальные четыре схемы?

А теперь отгадайте загадку: почему в начале ХХ столетия была известна женщина по имени Генри Дьюдени?

Элис Виффин было восемнадцать, когда она вышла замуж за Генри Дьюдени. Впоследствии она стала успешной писательницей, ее благосклонно сравнивали с Томасом Харди и Эдит Уортон. На обложках своих книг Элис предпочитала ставить свою фамилию в замужестве: миссис Генри Дьюдени. Она написала около пятидесяти романов; многие из них посвящены жизни провинциального юго-востока. Чета Дьюдени построила загородный дом, они также вращались в лондонских литературных кругах. Элис была наперсницей сэра Филипа Сассуна, чрезвычайно богатого человека, члена парламента и светского льва, который устраивал приемы в своем особняке в Кенте.

Отношения этой пары были бурными. После того как Элис завела роман, супруги расстались, но в 1916 году снова поселились вместе в городке Льюис. В их доме у каждого был свой кабинет; они располагались один над другим. Элис вела подробный дневник о жизни с Эрнестом[28], или, как она его называла, Льюисом. В 1998 году дневник был опубликован; это задушевное, но при этом колкое повествование о жизни с величайшим изобретателем головоломок. В дневнике так много интимных подробностей, что порой становится неловко. Эрнест боготворил жену, но был склонен к ревности. «У Эрнеста отвратительный характер, но он не может ничего с этим поделать, поскольку даже не знает об этой проблеме, по-моему. Кроме того, он весьма изысканно пытается загладить свою вину, – писала Элис. – Как бы там ни было, если твой муж гений, а ты сама тоже относишься к числу одаренных людей, конфликты неизбежны…»

Одним из исключительных талантов Дьюдени была его способность сделать головоломку из любого обычного предмета. Ниже приведена задача о сигарах, которую он придумал в своем лондонском клубе. «[Эта задача] надолго завладела вниманием членов клуба, – писал Дьюдени. – Они никак не могли разобраться в ней и считали неразрешимой. Однако я продемонстрирую, что ответ на удивление прост».

В головоломке речь идет о сигарах, но мне кажется, что найти решение легче, если работать с монетами, поэтому я сформулировал ее иначе. (Если вы хотите знать оригинальный текст, просто замените в условии слово «монета» на слово «сигара».)

Ответ

81. БОРЬБА ЗА ПРОСТРАНСТВО

Два игрока сидят за квадратным столом. Сначала первый кладет монету на стол, затем второй, после чего они продолжают делать это по очереди. По условию задачи, монеты не должны соприкасаться. Победителем становится тот, кто положит монету на последнее свободное место.

Кроме того, размер стола должен быть больше одной монеты, иначе игра окончится после первого же хода; все монеты одинаковые.

Один игрок непременно выиграет. Кто именно – тот, кто начинает игру, или тот, кто ходит вторым? И какова его стратегия?

К рассказу о Дьюдени мы вернемся немного позже, а сейчас, пока монеты лежат на столе, я хотел бы еще немного позабавиться с ними.

Во вступительной речи перед Эдинбургским математическим обществом в 1883 году шотландский математический физик Питер Гатри Тэйт, в частности, заявил, что узнал о представленной ниже головоломке во время путешествия на поезде. Меня очень радует то, что головоломки с монетами занимают пассажиров на протяжении всего периода существования железных дорог.

Вклад Тэйта в науку носил широкий и разноплановый характер. Например, он немало потрудился над развитием теории узлов[29], был страстным экспериментатором и плодовитым автором, написал классический учебник по физике в соавторстве с Уильямом Томсоном – лордом Кельвином. Студенты его обожали за поразительные научные демонстрации с применением огромных магнитов, струй воды и электрических искр, которые наполняли аудиторию. Однако любимым предметом ученого была клюшка для гольфа. Его страстная увлеченность гольфом привела к написанию работ о траекториях движения мячей для гольфа, или о «вращении сферических снарядов». Сын Тэйта, Фредди, был известным игроком в гольф и дважды выигрывал Британский любительский чемпионат.

Считается, что следующая головоломка пришла к нам из Японии, однако именно Тэйт способствовал ее распространению на Западе.

Ответ

82. ГОЛОВОЛОМКА ТЭЙТА

Расположите два вида монет так, как показано ниже на рисунке 1, чередуя разные монеты. Если у вас монеты только одного вида, расположите их поочередно вверх орлом и решкой. Ваша задача – изменить положение восьми монет так, чтобы четыре монеты одного вида находились рядом друг с другом, как показано на рисунке 2.

Каждый шаг сводится к одновременному перемещению двух соседних монет. Вы можете передвигать их на любое место на той же линии, что и другие монеты, но при этом их нельзя менять местами: при перемещении левая монета должна оставаться слева, а правая – справа.

Удастся ли вам решить эту задачу за четыре шага?

Возможно, вы впадете в уныние, если не сможете решить эту головоломку сразу. Но, прошу, проявите упорство, поскольку вы способны найти решение. Для того чтобы вам помочь, предлагаю более простой вариант этой задачи – с шестью монетами. Обратите внимание: в итоге все монеты смещаются влево на два промежутка.

Пока мы не закрыли эту тему, хочу сказать несколько слов о последней задаче в стиле головоломки Тэйта. В ней используются пять монет, но вводится дополнительное условие, согласно которому перемещать можно только две разные монеты за один шаг. На рисунке ниже изображены два ряда монет. Можете ли вы за четыре шага расположить монеты из верхнего ряда так, как показано в нижнем ряду?

Французский математик Эдуард Люка, с которым мы встречались в предыдущей главе (помните его задачу об океанских лайнерах?), включил две следующие классические головоломки в свою книгу Récréations Mathématiques («Занимательная математика»). Обе относятся к категории чрезвычайно запутанных, но невероятно простых задач.

Ответ

83. 4 СТОПКИ МОНЕТ

Восемь монет расположены в один ряд, как показано на рисунке ниже. Каждый раз вы можете передвигать монету либо направо, либо налево так, чтобы она, перешагнув через две монеты, попала на третью. Перешагивать можно через две монеты по одной или через стопку из двух монет.

Можете ли вы переместить четыре монеты так, чтобы в конечном счете у вас получилось четыре стопки по две монеты?

Люка называл следующую головоломку jeu des grenouilles – «Игра лягушек». Он предлагал использовать в ней черные и белые пешки, но при отсутствии шахмат подойдут и монеты.

Ответ

84. ЛЯГУШКИ И ЖАБЫ

Расположите три монеты одного номинала и три монеты другого номинала в ряд, как показано на рисунке ниже, оставив посредине свободное место. (Или выложите три монеты вверх орлом, а три – решкой.) Представьте себе, что слева – три лягушки, а справа – три жабы. Лягушки могут передвигаться только слева направо, а жабы только справа налево. Лягушка или жаба может либо переместиться на один шаг вперед на свободное место, либо перепрыгнуть через одну монету на свободное место, при условии, что она передвигается в правильном направлении.

Можете ли вы переместить всех лягушек на позиции жаб, а жаб на позиции лягушек?

Солитер (или колышковый солитер), пожалуй, самая известная игра для одного игрока, в которой одни предметы «перепрыгивают» через другие. «Мне доставляет огромное удовольствие игра под названием “Солитер”», – писал в 1716 году в одном из своих писем немецкий энциклопедист Готфрид Лейбниц. Вклад Лейбница в математику и философию включает открытие исчисления бесконечно малых величин (независимо от Исаака Ньютона), изобретение арифмометра, а также описание двоичной системы счисления, в которой нули и единицы соответствовали отверстиям и колышкам в его любимой игре. Однако Лейбниц предпочитал играть в нее наоборот: вместо того чтобы перепрыгивать через колышек на свободное место, убирая колышек с поля, он перешагивал пустое место и ставил на нем колышек. «Но зачем все это, спросите вы, – писал он. – Отвечу: чтобы совершенствовать искусство изобретать новое».

Далее мы с вами сыграем в солитер с монетами. В игре действуют обычные правила: любая монета может перешагнуть через соседнюю и занять место с другой стороны, после чего монета, через которую перешагнули, удаляется с поля. Как и в шашках, при желании можно ходить через несколько монет за один шаг, если монета занимает позицию, в которой возможен следующий шаг.

Ответ

85. ТРЕУГОЛЬНЫЙ СОЛИТЕР

Расположите десять монет треугольником, как показано на рисунке. Одну монету уберите. Теперь, перешагивая через другие монеты, уменьшите треугольник до одной монеты.

Как и предыдущие головоломки с монетами, эта тоже всецело поглотит ваше внимание, пока вы ее не решите. Но прежде чем вы начнете, рекомендую разложить монеты на листе бумаги, на котором отмечены 10 точек, чтобы монеты не смещались со своих мест.

Поиграв немного, вы можете обнаружить следующее решение за шесть ходов после удаления монеты с позиции 2:

1. Монета на позиции 7 перемещается на позицию 2 (монета на позиции 4 удаляется).

2. Монета 9 перемещается на 7 (8 удаляется).

3. 1 перемещается на 4 (2 удаляется).

4. 7 перемещается на 2 (4 удаляется).

5. 6 перемещается на 4, затем на 1, а затем на 6 (5, 2 и 3 удаляются).

6. 10 перемещается на 3 (6 удаляется).

Но мы можем решить эту головоломку и за пять ходов. Попробуйте найти такое решение.

В эту главу я включил полдюжины задач с монетами (почти полглавы), поскольку монеты – самый универсальный предмет из всех используемых в головоломках. Существует много способов применения монет: их можно передвигать, не отрывая от поверхности, укладывать стопками, использовать в качестве геометрических точек или колышков для «Солитера». Кроме того, у монет две различающиеся стороны, что положено в основу следующей головоломки (или фокуса).

Ответ

86. МОНЕТЫ В ТЕМНОТЕ

Представьте, что вы фокусник и у вас завязаны глаза. Вы предлагаете одному из зрителей положить десять монет на стоящий перед вами стол и сообщить вам, сколько монет перевернуты орлом вверх.

Вы не видите монеты, а значит, не можете определить, какой стороной они расположены вверх.

Как вам разделить монеты на две группы таким образом, чтобы в обеих группах было одинаковое количество орлов?

Когда я впервые увидел этот фокус, я был впечатлен, но его решение поразило меня гораздо больше.

Попытайтесь сначала решить задачу с открытыми глазами. Возьмите десять монет и разложите их на столе так, чтобы было видно, скажем, три орла. Попробуйте разделить монеты на две группы, чтобы в обеих оказалось одинаковое количество орлов. Поскольку три орла не делятся на два без остатка, вам придется перевернуть несколько монет. Ключ к решению головоломки – понять, сколько монет нужно перевернуть, а затем придумать, как проделать то же самое с завязанными глазами.

Головоломка с монетами в темноте похожа на фокус, так как в ходе ее решения неожиданно наступает приятное озарение. Вообще-то многие головоломки напоминают трюки фокусника, и не только потому, что их решение – это своего рода откровение, но и потому, что зачастую они основаны на неявном введении в заблуждение.

Я включил следующую задачу в эту главу, потому что в ней тоже используются монеты, а решение поразительно. Конечно, я не рассчитываю на то, что вы и правда станете раскладывать на столе сотню монет, но, если вам не удастся найти ответ, все же настоятельно рекомендую прочитать его, хотя бы из любопытства. Впервые эта задача была задана в 1996 году на Международной олимпиаде по информатике – конкурсе для школьников, который изначально был ориентирован на очень умных подростков – компьютерных гиков. Это замечательная задача.

Ответ

87. СОТНЯ МОНЕТ

На столе выложены в ряд сто монет. Пенни и Боб играют в игру, их задача – собрать максимальную сумму денег, поочередно забирая монеты со стола. Игроки могут брать только монеты, находящиеся в конце ряда. Монеты имеют разное достоинство: 1 пенни, 2 пенни, 1 фунт и т. д.

Первой ходит Пенни. Она берет монету с одного конца и кладет ее в карман. Боб забирает монету с другого конца ряда и тоже кладет себе в карман. Так они по очереди берут монеты до тех пор, пока на столе ничего не остается. За каждый ход игроки могут брать монету с любого конца.

Удастся ли вам доказать, что Пенни при любых обстоятельствах может собрать не меньшую сумму денег, чем Боб?

Подсказка: пронумеруйте монеты от 1 до 100.

Ладно, хватит уже игр с монетами! Давайте перейдем к головоломкам со спичками – этот предмет издавна занимает второе место по популярности в головоломках. Однако сначала предлагаю разобрать головоломку, в которой фигурируют и монета, и спички. Считайте ее эквивалентом редкого дуэта двух старых эстрадных певцов в области занимательной математики.

Ответ

88. ОСВОБОДИТЕ МОНЕТУ

Два перевернутых стакана стоят так, как показано на рисунке. Между ними находится спичка; под левым стаканом лежит монета. Можете ли вы достать монету из-под стакана так, чтобы спичка не упала?

Спички были изобретены в XIX веке, и на протяжении сотни лет задачи со спичками были, пожалуй, самыми распространенными головоломками, которые решали представители разных поколений. Сейчас спички используются не так широко, как раньше, поскольку меньше людей курят, а у курящих, как правило, есть зажигалки. Приемлемой заменой спичкам могут стать зубочистки, карандаши или ватные палочки.

Генри Дьюдени называет следующую задачу «небольшой головоломкой для юных читателей».

Ответ

89. ОТСЕЧЕНИЕ ТРЕУГОЛЬНИКОВ

На рисунке изображено 16 спичек, которые образуют равносторонние треугольники.

Уберите четыре спички так, чтобы осталось ровно четыре равносторонних треугольника и не было открытых концов и лишних спичек.

Ответ

90. ТРЕУГОЛЬНИК – и снова треугольник

Разложите 12 спичек в форме шестиугольника, состоящего из шести равносторонних треугольников.

Эта головоломка решается за четыре шага.

1. Передвиньте две спички на другие места так, чтобы осталось пять равносторонних треугольников.

2. Теперь передвиньте две спички на другие места так, чтобы осталось четыре равносторонних треугольника. Не разрешается оставлять открытые концы, однако в следующих двух частях головоломки треугольники могут отличаться по размеру.

3. Передвиньте две спички на другие места так, чтобы осталось три равносторонних треугольника.

4. И наконец, проделайте то же самое так, чтобы осталось два равносторонних треугольника.

А теперь пойдем в противоположном направлении и увеличим количество треугольников. Мне очень нравится эта задача, потому что в ней совсем мало спичек.

Ответ

91. УВЕЛИЧЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ТРЕУГОЛЬНИКОВ

1. Перед вами два треугольника, составленных из шести спичек. Можете ли вы передвинуть две спички на другие места так, чтобы получилось четыре треугольника? Спички разрешается накладывать друг на друга.

2. Теперь составьте четыре треугольника из шести спичек, не накладывая их друг на друга.

В одной из представленных выше головоломок нужно было разместить пять монет так, чтобы каждая монета соприкасалась со всеми остальными. Предлагаю вам ее другую версию – со спичками.

Ответ

92. СОПРИКАСАЮЩИЕСЯ СПИЧКИ

В вашем распоряжении по-прежнему шесть спичек. Разложите их так, чтобы каждая спичка соприкасалась со всеми остальными. А теперь найдите способ сделать то же самое с семью спичками.

Расположение спичек, при котором они соприкасаются друг с другом только своими концами, можно воспринимать двумя способами: во-первых, как расположение спичек в определенном порядке, а во-вторых, как сеть точек, соединенных спичками, как показано в следующей головоломке.

Ответ

93. СОЕДИНЕНИЕ ТОЧЕК

Найдите такое расположение двенадцати спичек, при котором оба конца каждой спички соприкасаются с концами двух других спичек. Иначе говоря, составьте сеть точек, соединенных спичками, в которой каждая точка связана с тремя другими.

В завершение игр со спичками давайте проанализируем следующий неожиданный аспект этой темы, на который обратил внимание наш старый друг Генри Дьюдени.

Ответ

94. ДВЕ ОГРАДЫ

На рисунке изображено 20 спичек, из которых построены две прямоугольные ограды, состоящие из 6 и 14 спичек соответственно. Площадь второго прямоугольника в три раза больше площади первого.

Переместите одну спичку из большей ограды в меньшую таким образом, чтобы получилось две группы по 7 и 13 спичек. Можете ли вы построить две новые ограды так, чтобы площадь второго огражденного участка по-прежнему в три раза превышала площадь первого участка?

Когда я читаю книги Дьюдени, меня неизменно поражает его способность находить блестящий материал для головоломок с использованием самых разных предметов, которые можно найти в кармане. Ниже представлена замечательная головоломка, в которой используется блок из восьми марок. Если у вас нет марок, возьмите лист бумаги и разделить его сгибами так, как показано на рисунке.

В любом случае пришло время взять в руки ножницы, поскольку они понадобятся вам для решения оставшихся головоломок.

Ответ

95. СКЛАДЫВАНИЕ МАРОК

На рисунке изображен блок марок, в котором они пронумерованы от 1 до 8. Вам нужно сложить их по линиям сгиба так, чтобы марка с номером 1 была расположена лицевой стороной вверх, а все остальные находились под ней.

Можете ли вы сложить марки так, чтобы они располагались в последовательности 1, 5, 6, 4, 8, 7, 3, 2 и (более трудная задача) 1, 3, 7, 5, 6, 8, 4, 2?

«Это очень интересная задача, – убеждал Дьюдени. – Не откладывайте ее в сторону, если сочтете неразрешимой!»

Дьюдени также придумал следующую задачу с использованием блока квадратных марок.

Ответ

96. 4 МАРКИ

У вас есть набор из 12 квадратных марок в виде блока 3 × 4, как показано на рисунке. Ваш друг просит дать ему четыре марки. Вы решаете оторвать четыре марки, соединенные вместе, – например, номера 1, 2, 3, 4, или 1, 2, 5, 6, или 1, 2, 3, 6, или 1, 2, 3, 7 и т. д. Но есть одно условие: марки не могут крепиться между собой углами, но могут соединяться с другими марками любой стороной.

Сколько существует возможных наборов из четырех марок, соединенных друг с другом?

В ответе на эту задачу в конце книги я нарисовал все возможные фигуры, которые можно составить из соединенных марок. Взгляните на эти рисунки после того, как решите головоломку. Вам они знакомы?

Да, в головоломке Генри Дьюдени есть группа фигур, известных как блоки игры «Тетрис».

Для тех немногих из вас, кто никогда не играл в эту игру, скажу: это очень простая, невероятно увлекательная компьютерная игра, в которой блоки из четырех соединенных квадратов (таких как на рисунке в решении головоломки) выпадают из верхней части экрана. Игрок должен складывать их, передвигая по горизонтали или поворачивая.

Изобретателя «Тетриса» Алексея Пажитнова вдохновила работа Соломона Голомба – американского математика, который опубликовал книгу о фигурах, составленных из соединенных квадратов, в 1965 году. Источником вдохновения для самого Голомба были работы Дьюдени.

Дьюдени не получил формального образования, но у него была поразительная врожденная способность использовать в головоломках идеи, которые впоследствии многие математики считали заслуживающими научного исследования. В первую книгу Дьюдени, «Кентерберийские головоломки», включена его первая головоломка с фигурами, составленными из соединенных квадратов. Она основана на (не совсем достоверной) истории из книги Джона Хейворда о жизни Вильгельма Завоевателя[30], увидевшей свет в 1613 году. Сыновья Вильгельма, Генри и Роберт, нанесли визит Луи[31], наследнику французского престола. Когда Генри выиграл у Луи партию в шахматы, произошла потасовка. «Генри в свою очередь ударил Людовика по голове шахматной доской, в кровь разбив ему лицо, – пишет Хейворд. – Братья тотчас вскочили на коней, и, как уверяют, их шпоры были столь остры, что им удалось добраться до своих владений, хотя французы преследовали их по пятам». О-ля-ля!

Ответ

97. РАЗБИТАЯ ШАХМАТНАЯ ДОСКА

Шахматная доска разбита на 13 фрагментов, которые представляют собой все возможные фигуры, составленные из пяти соединенных квадратов, а также один блок из четырех квадратов.

Можете ли вы восстановить шахматную доску, сложив ее из этих фрагментов?

Дьюдени предлагает вырезать фигуры из листа бумаги в клетку и наклеить на картон. «Они могут служить в доме источником постоянного развлечения, – писал он. – Если вам удастся собрать шахматную доску, но вы не зафиксируете расположения клеток на бумаге, то в следующий раз повторить то же самое вам будет нелегко».

Поскольку у вас уже есть бумага и ножницы, предлагаю решить очень интересную головоломку со складыванием бумаги. С ней вы справитесь быстрее, чем с предыдущей.

Ответ

98. СКЛАДЫВАНИЕ КУБА

Вырежьте центральный квадрат из блока 3 × 3, состоящего из квадратов, как показано на рисунке.

Можете ли вы сложить куб из этих восьми расположенных по кругу квадратов? Так как у куба шесть граней, два квадрата будут перекрываться другими.

Если в детстве вы были скаутом и умеете делать зажим для скаутского галстука, детские годы не прошли зря. Наконец-то это знание вам пригодится!

Ответ

99. НЕВОЗМОЖНАЯ КОСА

Из пластикового пакета вырежьте полосу и сделайте в ней два длинных разреза, как показано на рисунке А. Теперь сплетите из нее косу так, как на рисунке B.

Решая эту головоломку впервые, я использовал бумагу. Но она рвется, поэтому пластик гораздо удобнее. Если вы были скаутом, можете взять кожу.

Чтобы заплести три полоски в косу, не нужно мыслить нестандартно – достаточно просто выполнить правильные действия. Обратите внимание: три полоски переплетаются друг с другом точно так же, как пряди волос. Они накладываются друг на друга в шести точках, оставаясь при этом в одной плоскости. Попробуйте сами!

Для решения последней задачи из этой главы нам дополнительно понадобятся кусок шнура и картон. Вырежьте из картона два небольших прямоугольника и соедините их шнуром, как показано на рисунке. Обозначьте лицевую сторону на верхней стороне листов картона.

Эта модель с точки зрения топологии имеет такую же форму, что и полосы в предыдущей задаче: в обоих случаях у нас есть три соединенные на концах «пряди». Однако эту модель мы изготовили из шнура, чтобы было удобнее исследовать некоторые из ее физических свойств.

Датский поэт и специалист по занимательной математике Пит Хейн популяризовал следующую головоломку, после того как во время своих частых визитов в Институт теоретической физики Нильса Бора в Копенгагене в 1930-х годах узнал о «струнной модели».

Ответ

100. ТАНГЛОИДЫ

[32]

Удерживая левый конец картона и струнной модели, поверните правый конец и пропустите между двумя верхними фрагментами струны до полного оборота, как показано на рисунке А. Для того чтобы получить полный оборот, надпись «лицевая сторона» снова должна быть повернута вверх. Модель будет выглядеть, как на рисунке В. Теперь поверните правый конец и пропустите его между двумя нижними фрагментами шнура до полного оборота. Расположение шнуров должно быть таким, как на рисунке С.

Можете ли вы распутать струны, не поворачивая ни одну из картонок?

Для того чтобы увериться, что вы не повернете картонки, держите левую картонку в левой руке, а правую – в правой. Надпись «лицевая сторона» всегда должна быть сверху на обеих картонках, а сами они должны располагаться на одном уровне. Поскольку картонки нельзя вращать, вы можете только пропускать их между струнами. Продолжайте делать это – и струны распутаются.

Это восхитительно! Из всех головоломок, представленных в данной главе, эта доставляет мне наибольшее наслаждение. Что может быть приятнее распутывания переплетенных струн без особых усилий?

Чтобы не лишать вас удовольствия, я решил не печатать ее решение в разделе ответов. Вам придется разобраться в ней самостоятельно. Как только вы это сделаете, вы так увлечетесь, что наверняка захотите решить еще одну подобную задачку. В этом случае просто повторите описанные выше действия с условием, что левую картонку нужно будет закрепить, а правой сделать два полных оборота. При первом обороте вы можете пропустить картонку между двумя верхними струнами с обратной стороны или между двумя нижними либо с лицевой, либо с оборотной стороны. А можете просто повернуть картонку вокруг своей оси на 360 градусов. Второй оборот также может быть выполнен одним из вышеперечисленных способов.

Если вы сделаете только один оборот, распутать струны посредством пропускания картона между ними будет невозможно. Но при двух оборотах переплетение можно распутать, какой бы способ вращения вы ни выбрали.

Пит Хейн считал, что решение этой головоломки доставит вам наибольшее удовольствие, если превратить ее в игру с двумя участниками; он назвал ее «Танглоиды». Один игрок держит левый конец модели, а другой – правый. Первый игрок делает два оборота своей картонки, а его визави должен распутать образовавшееся переплетение. Игроки меняются местами, а побеждает тот, кто быстрее распутает струны.

Самое удивительное свойство струнной модели в том, что переплетение, полученное в результате двойного оборота, всегда можно распутать, а образованное одним оборотом – нельзя; эта особенность помогает объяснить поведение определенных вращений в пространстве. Видимо, по этой причине данная модель интересовала Нильса Бора и его коллег. Британский физик Поль Дирак, проведший некоторое время в Копенгагене, использовал данную модель в качестве наглядного пособия для иллюстрации того факта, что «фундаментальная группа вращений в трехмерном пространстве имеет единственный генератор второго порядка».

Как вы уже убедились, порой хорошая головоломка похожа на фокус, а порой может служить блестящим объяснением серьезных научных концепций.

Сборник математических задач не был бы полным без числовых головоломок. Речь идет не о головоломках, основанных на числах (в предыдущих главах мы видели их предостаточно), а о тех логических задачах, которые без всякого стеснения превозносят числа и раскрываемые ими закономерности. В их условия не нужно вводить никакие предметы и приемы, чтобы повысить заинтересованность в их решении. Процесс приносит удовольствие уже сам по себе. Но даже несмотря на такую особенность, головоломки с числами бывают невероятно забавными. Развлечением может стать даже такое простое арифметическое действие, как сложение.

В XVIII столетии великий математик Карл Гаусс мгновенно решил эту старую задачку, еще когда носил короткие штанишки. Во всяком случае, так гласит легенда. Учитель ожидал, что мальчик станет складывать числа по одному, но гениальный ученик нашел закономерность.

Чтобы найти сумму чисел

1 + 2 + 3 + 4 + … + 97 + 98 + 99 + 100,

можно просуммировать пары крайних чисел:

(1 + 100) + (2 + 99) + (3 + 98) + (4 + 97) + … + (50 + 51).

Сумма этих пар чисел всегда одна и та же:

101 + 101 + 101 + 101 + … + 101.

Следовательно, общая сумма равна 50 раз по 101, или 50 × 101 = 5050.

Умница Карл! Эту историю обычно рассказывают так, будто Гаусс был первым, у кого возникла такая идея. Однако эта задача была включена в сборник Алкуина «Задачи для развития молодого ума» еще тысячу лет назад.

У лестницы 100 ступеней. На первой сидит один голубь, на второй – два, на третьей – три и так далее до сотой ступени. Сколько всего голубей сидит на лестнице?

Хотя задача сформулирована иначе, арифметика в ней та же – сложение чисел от 1 до 100. Решение Алкуина также подразумевало сложение пар, но других. Он находил сумму первой и последней ступеней лестницы, получив 1 + 99 = 100, затем второй и предпоследней и т. д.

Следовательно, сумма равна (1 + 99) + (2 + 98) + (3 + 97) + … + (49 + 51) плюс 50 с пятидесятой ступени и 100 с сотой ступени, что равно:

(49 ×100) + 50 + 100 = 4900 + 150 = 5050.

Хотя решение Алкуина более громоздкое, чем Гаусса, оно легче, поскольку умножить на 100 проще, чем на 101. Если вы, подобно Алкуину, используете римские цифры, делайте так, как он.

Соль этих двух головоломок в том, что, если вам предлагают вычислить сумму большой группы чисел, не воспринимайте задание буквально, а попытайтесь найти закономерность.

Ниже представлены три замечательные головоломки со счетом. При их решении вы сможете применить этот принцип на практике.

101. ЗЕРКАЛО, ЗЕРКАЛО

Какая из двух сумм больше?

Ответ

102. ИНТЕЛЛЕКТ КАК У ГАУССА

Ниже в порядке возрастания приведены 24 четырехзначных числа, состоящие из цифр 1, 2, 3 и 4. Вычислите сумму этих чисел.

1234 1423 2314 3124 3412 4213

1243 1432 2341 3142 3421 4231

1324 2134 2413 3214 4123 4312

Ответ

103. СУММА ЧИСЕЛ В ТАБЛИЦЕ

А теперь запишем числа в таблицу. Вы знаете, что делать. Чему равна их сумма?

Следующие три головоломки – настоящая поэзия в математике. В каждой есть схема с девятью пустыми ячейками, в которых должны находиться цифры от 1 до 9. Восхитительно видеть, как простейшие числовые элементы – значащие цифры – изящно располагаются в пустых ячейках.

Существует 24 192 способа разместить девять цифр в каждой из этих схем. Если проверять новую комбинацию каждую секунду, то, чтобы перебрать все варианты, понадобилось бы больше двух недель. Так что попытайтесь найти способ сократить количество возможных комбинаций.

Ответ

104. ЦИФРЫ В КВАДРАТАХ

 –  =

×

÷ =

=

 +  = .

Ответ

105. УРАВНЕНИЯ-«ПРИЗРАКИ»

×  = .

×  = .

Ответ

106. ЧИСЛА В КРУГАХ

В этой головоломке содержатся три задачи. Заполните пустые ячейки так, чтобы сумма цифр в каждом круге равнялась 11. Решите эту задачу еще раз, чтобы сумма чисел в каждом круге составляла 13, и еще раз, чтобы сумма была равна 14.

Книга Томаса Дилворта The Schoolmaster’s Assistant, Being a Compendium of Arithmetic both Practical and Theoretical («В помощь учителю: краткое руководство по практической и теоретической арифметике») вышла в 1743 году и стала чрезвычайно популярным учебником по математике в Великобритании и США. В ней есть такая задача:

Джек говорит своему брату Гарри: «Я могу связать четыре тройки знаками математических операций таким образом, что они образуют число 34. Сможешь ли ты сделать то же самое?»

Ответ такой: 33 +  = 34.

В книге Дилворта впервые появились головоломки, в которых требовалось связать четыре одинаковые цифры знаками математических операций и получить определенное число. В трех предыдущих задачах из этой главы заданы математические операции, а тот, кто решает задачу, должен разместить числа между соответствующими знаками. В представленных ниже головоломках даются числа, между которыми нужно расставить знаки математических операций. Самый распространенный вариант головоломок такого рода – это задача о четырех четверках, впервые упомянутая спустя столетие после Дилворта. В 1881 году автор под псевдонимом Cupidus Scientiae (Жаждущий науки) написал в британском журнале Knowledge: an Illustrated Magazine of Science следующее: «Возможно, некоторым читателям это покажется столь же новым, как и мне, когда на днях мне впервые продемонстрировали, что все числа до двадцати включительно (и даже больше), кроме разве что числа 19, можно представить в виде четырех четверок, воспользовавшись любыми необходимыми математическими знаками за исключением знаков возведения в квадрат и куб».

«Четыре четверки» – невероятно интересная головоломка, забавная, простая и увлекательная. Поистине удивительно, сколько чисел можно составить с помощью цифр 4, 4, 4 и 4 – не больше и не меньше. Однако нам следует внести ясность в утверждение Cupidus Scientiae о том, какие для этого существуют возможности и какие знаки разрешается использовать.

Ответ

107. ЧЕТЫРЕ ЧЕТВЕРКИ

1. С помощью четырех четверок составьте все числа от 0 до 9. Разрешается применять только основные математические операции, такие как сложение, вычитание, умножение, деление, и скобки. Помните: для выражения каждого числа необходимо использовать все четыре четверки.

2. С помощью четырех четверок составьте все числа от 10 до 20. В дополнение к основным знакам математических операций можно использовать квадратный корень, а также запятую для обозначения нецелых чисел, например 0,4. Кроме того, можно объединять цифры в группы – скажем, 44, или 444, или даже 4,4.

3. После того как немного разогреетесь, проделайте то же самое с числами от 21 до 50. Разрешается использовать возведение в степень, то есть 4⁴, а также знак факториала «!», как в выражении 4!. (Для того чтобы получить факториал числа, необходимо умножить его на каждое меньшее число, например: 4! = 4 × 3 × 2 × 1 = 24.)

Я помогу вам начать решать эту задачу. Вот как можно получить 0 из четырех четверок:

4 – 4 + 4–4 = 0

Очень просто. А вот как можно получить 1:

Насколько далеко мы можем зайти после числа 50? Очень далеко. С помощью перечисленных выше математических операций мы можем составить из четырех четверок все числа до 100, за исключением чисел 73, 77, 87 и 99, хотя даже их можно получить благодаря находчивому применению дополнительных математических символов. Например:

поскольку четыре четверти составляют 100 процентов.

В издании книги «Математические эссе и развлечения» 1911 года Уолтер Роуз Болл о «четырех четверках» писал: «Никогда не встречал этой занимательной задачи в печатных изданиях, но, похоже, она старая и широко известная».

Роуз Болл утверждал, что с помощью четырех четверок можно составить все числа до 170. До выхода издания 1917 года Роуз Болл был поглощен работой над этой головоломкой. «Если мы допустим использование целых показателей степени и применение факториалов, – писал он, – то сможем добраться до числа 877». Далее он отметил: «С помощью четырех единиц мы можем получить число 34, четырех двоек – число 36, четырех троек – число 46, четырех пятерок – число 36, четырех шестерок – 30, четырех семерок – 25, четырех восьмерок – 36, четырех девяток – 130». Интересно, что с помощью четырех четверок можно зайти дальше всего.

Удалось ли кому-либо сделать это? Да! На протяжении следующего десятилетия математик и физик Поль Дирак (с ним мы уже встречались в конце предыдущей главы) решил задачу о четырех четверках для всех чисел до бесконечности. Его решение касалось задачи с четырьмя двойками – в то время она была весьма популярна в Кембридже, – но оно верно и для задачи о четырех четверках.

Если разрешено применять логарифмы, то любое число n можно представить в следующем виде: где n – количество квадратных корней в выражении. (Не огорчайтесь, если не понимаете логарифмы; вам нужно всего лишь по достоинству оценить поразительную лаконичность и масштабируемость решения.) Дираку нравились математические головоломки, и, по всей вероятности, он был в восторге от того, что ему удалось обобщить знаменитую задачу с помощью столь изобретательной формулы. «Он сделал эту задачу бессмысленной», – писал Грэм Фармело в биографии Поля Дирака The Strangest Man («Самый странный человек»).

В 1882 году, через год после первой публикации задачи с четырьмя четверками в журнале Knowledge, американский «импресарио» головоломок Сэм Лойд опубликовал «задачу Колумба» – самую замечательную и самую абсурдную из всех задач категории «заданы числа – найдите операции». За лучшее решение он предложил приз в размере 1000 долларов (около 20 тысяч фунтов в современном эквиваленте) – и получил только два правильных ответа из нескольких миллионов. Во всяком случае, так он утверждал. Лойд был столь же талантлив в вопросах саморекламы, как и в изобретении головоломок. Я привожу здесь эту головоломку для полноты картины, а не потому, что думаю, будто вы сможете ее решить. Ну же, докажите, что я не прав!

Ответ

108. ЗАДАЧА КОЛУМБА

Расположите следующие семь цифр и восемь точек таким образом, чтобы их сумма была как можно ближе к числу 82.

∙4 5 6 7 9 0

Точки можно использовать двумя способами: во-первых, в качестве десятичного разделителя; во-вторых, в качестве символа периода десятичной дроби, который ставится над цифрой или цифрами. Если точка стоит над одной цифрой, значит, данная цифра повторяется бесконечно. Другими словами, можно записать как вместо 0,3333… Если точка стоит над двумя цифрами, бесконечно повторяется последовательность цифр, которая начинается с первой цифры и заканчивается последней. Таким образом, можно записать как вместо 0,142857142857142857…

Итак, начало положено. Но прежде чем двигаться дальше, попробуйте решить следующую головоломку, чтобы нейтрализовать послевкусие.

Ответ

109. ТРОЙКИ И ВОСЬМЕРКИ

Можете ли вы получить число 24 из цифр 3, 3, 8 и 8?

Разрешается использовать только основные математические операции: сложение, вычитание, умножение, деление и внесение выражений в скобки.

Несколько лет назад следующая головоломка с числами распространилась словно вирус. Ее предваряли такими словами: «Дошкольники могут решить эту задачу за пять – десять минут, программисты – за час, а люди с высшим образованием… что же, проверьте сами!» Не уверен, что эти слова получили научное подтверждение, но они действительно вызывали желание решить задачу.

Ответ

110. ДЕТСКАЯ ИГРА

Найдите пропущенное число.

8809 = 6 5555 = 0

7111 = 0 8193 = 3

2172 = 0 8096 = 5

6666 = 4 1012 = 1

1111 = 0 7777 = 0

3213 = 0 9999 = 4

7662 = 2 7756 = 1

9313 = 1 6855 = 3

0000 = 4 9881 = 5

2222 = 0 5531 = 0

3333 = 0 2581 =?

Числа могут означать количество – например, один абзац, шесть слов или три предложения. Однако представленные в виде списка они могут означать последовательность.

В трех представленных ниже задачах содержатся последовательности чисел. Найдите в каждой из них закономерность и вычислите следующее число.

Ответ

111. ЗАДАЧА 1: следуйте за стрелкой

77 → 49 → 36 → 18 →?

Автор следующей головоломки – Ноб Йошигахара; он же придумал задачу, представленную в самом начале книги. Найти последовательность, образующую такой цикл, – это настоящее чудо.

Ответ

112. ЗАДАЧА 2: следуйте за стрелкой

Ответ

113. ЗАДАЧА 3: следуйте за стрелкой

10 → 9 → 60 → 90 → 70 → 66 →?

Я пишу о математике, а значит, люблю и числа, и слова. Разумеется, мне очень нравятся головоломки, в которых числа и слова связаны.

В основе следующей головоломки лежит удивительно простая идея: нужно представить, что получится, если расположить числа в алфавитном порядке.

Ответ

114. СЛОВАРНЫЙ УГОЛОК

[34]

В словаре перечислены все целые числа от единицы до одного квадриллиона (от 1 до 1 000 000 000 000 000) в алфавитном порядке. Вам нужно найти:

• первую словарную статью;

• последнюю словарную статью;

• первую словарную статью, соответствующую нечетному числу;

• последнюю словарную статью, соответствующую нечетному числу.

Словарь построен по таким правилам: во-первых, в нем используется американский вариант написания числительных, в котором слово and опускается. Иными словами, число 2001 записывается как two thousand one, а не two thousand and one. Во-вторых, для представления в алфавитном порядке число 100 записывается как one hundred, 1000 – one thousand и т. д. для больших чисел. В-третьих, пробелы и дефисы не учитываются: так, например, fourteen стоит в словаре перед four trillion.

Сэм Лойд одним из первых изобрел головоломки, в которых буквы обозначают числа. Его задача об универсальном магазине выглядит следующим образом:

Используйте десять букв словосочетания PEACH BLOWS (разновидность картофеля) в качестве ключа, который указывает на десять цифр: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 0. Иными словами, P – это 1, E – 2, A – 3, C – 4, H – 5 и т. д. Таким образом, слово CHESS превращается в 45 200, а слово CASH – в 4305. Если приведенный выше список из 15 слов представить как сумму чисел, обозначающих эти слова, то правильным ответом будет сумма в виде слова ALLWOOL, или 3 779 887.

Головоломка Лойда хоть и хорошо продумана, но несколько запутанная: в ней слишком много чисел для того, чтобы воспринимать ее как развлечение. Впрочем, Генри Дьюдени усовершенствовал формат задач, в которых осмысленные фразы можно составить путем использования букв вместо цифр; в наше время они известны как альфаметика, криптарифма и вербальная арифметика.

В 1924 году Дьюдени опубликовал головоломку, которая до сих пор остается одной из лучших задач такого типа:

[35]

Для ее решения необходимо найти цифры, которые дают правильную сумму, – при условии, что каждая буква обозначает определенную цифру, а крайние буквы слева – не 0.

Лойд был на 16 лет старше Дьюдени. Он единственный современник математика из числа составителей головоломок, которого можно поставить с ним в один ряд по количеству работ и их оригинальности. Эти двое вели переписку через Атлантический океан, однако, узнав, что Лойд выдает его головоломки за свои, Дьюдени разорвал дружеские отношения. Фактически в характерах этих двух людей выражался национальный стереотип: Лойд, невероятно энергичный человек – машина по производству головоломок, был предпринимателем, патентовал свои лучшие идеи, предлагал денежные призы тем, кто решит ту или иную головоломку, и приукрашивал свою биографию ради укрепления репутации. Дьюдени же был ворчливым, курящим сигару провинциальным британцем.

Головоломка SEND MORE MONEY настолько хорошо известна, что я предлагаю ее здесь в качестве утешительного приза. Вот с чего следует начинать ее решать. Буква М должна обозначать 1, поскольку при сложении двух четырехзначных чисел образуется пятизначное число, и оно может начинаться только с цифры 1. Далее возьмем самое большое четырехзначное число – 9999. Если сложить его с самим собой, то получится 19 998, которое начинается с 1. Следовательно, сумма двух четырехзначных чисел не может начинаться с цифры 2 или больше.

Для того чтобы S + 1 = 1O (где O – это заглавная буква «о», а не ноль), необходимо, чтобы S = 9 или S = 8 и чтобы был перенос 1 из разряда сотен. Предположим, S = 8 и есть перенос; следовательно, О заглавная будет иметь значение 0. Теперь сумма выглядит так:

Для ясности я поставил знак переноса рядом с цифрой 8. Если эта сумма правильная, то столбец, соответствующий разряду сотен, говорит нам, что либо E + 0 = 10 + N, либо есть перенос из разряда десятков и 1 + E + 0 = 10 + N. (В этих уравнениях 10 представляет собой перенос в разряд тысяч.) Первый из вариантов означает, что разность между E и N равна 10, что невозможно, поскольку значения E и N меньше 10. Второй вариант также невозможен, потому что в этом случае E – N = 9. Это верно при единственных двух значениях: E = 9 и N = 0. Однако О заглавная уже имеет значение 0, а две разные буквы не могут быть одной и той же цифрой. Следовательно, S = 9, а оставшуюся часть решения я предлагаю вам найти самостоятельно. (Ответ можно посмотреть во второй части книги.)

Существует множество замечательных арифметических головоломок, но представленная ниже – одна из моих любимых, поскольку в ней зашифрована почти точная цитата из трагедии Шекспира «Макбет». Отсутствует только слово and, разделяющее слова toil и trouble[36]. Хотя, если правильно поставить знак сложения…

Ответ

115. ТРИ ВЕДЬМЫ

Найдите цифры, при которых следующая сумма правильна.

А вот еще одна головоломка с интереснейшим поворотом из разряда альфаметики.

Ответ

116. ЧЕТ И НЕЧЕТ

В операции умножения в столбик на рисунке каждая буква E (even) – четная цифра, а каждая буква O (odd) – нечетная. Другими словами, каждая буква E может обозначать 0, 2, 4, 6 или 8, а каждая буква O – 1, 3, 5, 7 или 9. Если две цифры представлены буквами E, это не означает, что они обязательно должны быть одинаковыми, хотя в некоторых случаях такое возможно. Можете ли вы восстановить цифры в этом примере на умножение?

(Пробел в разряде единиц в этой позиции обозначает цифру ноль. Этот символ не отображается здесь, чтобы не перепутать его с буквой О. Кроме того, в этой позиции в умножении в столбик всегда находится ноль, что не влияет на результат.)

Предыдущая задача, придуманная в начале 1960-х профессором математики и иллюзионистом Уильямом Фитчем Чейни, впервые была опубликована в колонке Мартина Гарднера Mathematical Games в журнале Scientific American. Если Сэм Лойд был величайшим изобретателем математических головоломок в США, то Гарднер – их величайший популяризатор. Благодаря своей колонке в Scientific American, которая выходила на протяжении более чем двадцати лет, а также десяткам книг, Гарднер собрал не имеющую себе равных коллекцию математических головоломок. Он стал центром обширной неформальной сети их любителей (таких как Фитч Чейни), чьи лучшие идеи впервые публиковались в его колонке.

Следующую головоломку придумал Ли Сэллоус, мастер математических головоломок со словами, чьи работы также стали известны широкой аудитории благодаря Мартину Гарднеру. Я считаю этот невероятно изобретательный, подсчитывающий сам себя кроссворд настоящим произведением искусства.

Ответ

117. КРОССВОРД, ПОДСЧИТЫВАЮЩИЙ САМ СЕБЯ

Каждая строка в представленном ниже кроссворде имеет такой вид:

[слово, обозначающее число][пробел][буква][S]

В строке содержится точная информация о том, сколько раз та или иная буква встречается в кроссворде.

Например, если бы в кроссворде была одна буква Q, то одна из строк выглядела бы как: ONE Q («Один Q»). Если бы в кроссворде было пять букв P и семнадцать букв E, то эти две строки были бы такими: FIVE PS («Пять PS») и SEVENTEEN ES («Семнадцать ES»).

Другими словами, каждая строка представлена в следующем виде: слово, обозначающее число, затем пробел, далее буква, после которой идет S, – при условии, что эта буква встречается более одного раза. В каждой подобной строке указано правильное количество появлений соответствующей буквы в кроссворде.

Заполните кроссворд, используя только логику.

Этот кроссворд на удивление самодостаточен: в нем задействованы всего 10 букв, каждой из которых соответствует своя строка.

Для того чтобы помочь решить его, объясню, как восстановить первые три буквы. В строке 8 по вертикали пять пустых клеток, следовательно, она должна иметь вид ONE*, где * – это одна буква. (Помните: во всех строках с числами больше единицы должно быть минимум шесть пустых клеток из-за дополнительной буквы S для обозначения множественного числа.)

Теперь заполните кроссворд самостоятельно.

Если кроссворд может подсчитывать себя сам, то может ли подсчитать себя число? И как?

Вот один из способов. Допустим, число 1210 подсчитывает само себя, поскольку его первая цифра (1) указывает, сколько в нем цифр 0; вторая (2) говорит, сколько в нем цифр 1; третья (1) подсказывает, сколько в числе цифр 2; а четвертая (0) – сколько в этом числе цифр 3. Способность числа 1210 описывать само себя станет абсолютно очевидной, если записать его в виде таблицы.

Каждая цифра числа во второй строке указывает, сколько раз расположенная сверху цифра встречается во второй строке.

Такие числа, как 1210 (в которых крайняя цифра слева указывает, сколько в данном числе цифр 0, вторая слева – сколько в нем цифр 1, третья слева – сколько цифр 2 и т. д.), называются автобиографическими. Существует всего два таких четырехзначных числа – это 1210 и 2020.

Единственное пятизначное автобиографическое число – 21 200.

В этом числе две цифры 0, одна цифра 1, две цифры 2, нет цифр 3 и 4.

Поняли принцип? Значит, вы готовы решить следующую задачу.

Ответ

118. АВТОБИОГРАФИЯ В ДЕСЯТИ ЦИФРАХ

Найдите единственное десятизначное автобиографическое число.

Это число будет расположено во второй строке представленной ниже таблицы. Каждая его цифра должна означать частоту встречаемости верхней цифры во второй строке.

Число, в котором есть все десять цифр 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 0 (например, 1 234 567 890), называется панцифровым. (Крайняя цифра слева панцифрового числа должна отличаться от нуля.)

Ответ

119. ПАНЦИФРОВОЕ СТОЛПОТВОРЕНИЕ

Сколько существует десятизначных панцифровых чисел?

Интересный факт: все десятизначные панцифровые числа делятся на 3. Мы можем продемонстрировать это, применив признак делимости на 3, который вы, возможно, помните еще со школьных времен. Число делится на 3, если сумма его цифр делится на 3.

Десятизначное панцифровое число должно содержать каждую цифру только один раз. Таким образом, в результате сложения мы получим 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 0 = 45, а это число делится на 3. Следовательно, все панцифровые числа делятся на 3. Изумительно!

А вот менее известные признаки делимости:

Признак делимости на 4: число делится на 4, если две его последние цифры составляют число, которое делится на 4.

Признак делимости на 8: число делится на 8, если три его последние цифры составляют число, которое делится на 8.

Возможно, вы захотите подумать над тем, почему эти два признака верны. А может, и нет. Как бы там ни было, они пригодятся вам в следующей головоломке.

Ответ

120. ПАНЦИФРОВОЕ И ПАНДЕЛИМОЕ ЧИСЛО

Найдите десятизначное панцифровое число abcdefghij, в котором:

• a делится на 1;

• ab делится на 2;

• abc делится на 3;

• abcd делится на 4;

• abcde делится на 5;

• abcdef делится на 6;

• abcdefg делится на 7;

• abcdefgh делится на 8;

• abcdefghi делится на 9;

• abcdefghij делится на 10.

Эта задача поразительно изящная, поскольку ее условие подразумевает наличие единственного решения. Вам понадобится калькулятор, что, впрочем, не испортит удовольствия при поиске ответа.

Придумайте трехзначное число, первая и последняя цифры которого должны отличаться минимум на 2. Пусть это будет, например, число 258.

Запишите его в обратном порядке и вычислите разность между двумя данными числами. В моем примере это 852–258 = 594.

Сложите полученный результат с его обращенным числом: 594 + 495.

Ответ – 1089.

Теперь попробуйте сделать то же самое с другим числом: запишите его в обратном порядке, вычислите разность, сложите полученный результат с его обращенным числом и…

Вы уже догадались! Ответ – 1089.

Каким бы ни было исходное трехзначное число, вы всегда будете получать один и тот же ответ – 1089. Этот факт неизменно производит большое впечатление на всех, кто сталкивается с ним впервые.

Итак, в арифметическом смысле 1089 – особенное число. И на то есть еще одна причина помимо вышеописанной.

Ответ

121. 1089 И ДРУГИЕ

При умножении числа 1089 на 9 получится его обращенное число: 1089 × 9 = 9801.

Найдите четырехзначное число, произведение которого на 4 представляет собой то же число, но записанное в обратном порядке. Другими словами, найдите такое число abcd, при условии, что abcd × 4 = dcba.

Число 102 564 также очень интересно меняется в случае умножения на 4:

102 564 × 4 = 410 256.

Вы заметили закономерность? Последняя цифра числа 102 564 становится первой цифрой числа 410 256, тогда как все остальные цифры не меняются. Иначе говоря, при умножении 102 546 на 4 получается число, представляющее собой тот же набор цифр, в котором крайняя цифра справа исходного числа перемещается в крайнюю левую позицию полученного числа.

Такая же трансформация происходит и в следующем примере:

142 857 × 5 = 714 285.

Крайняя правая цифра первого числа (в данном случае 7) становится первой цифрой произведения, а остальные цифры остаются теми же.

Ответ

122. ЗАДОМ НАПЕРЕД

Найдите такое число N, чтобы результат его умножения на 2 состоял в точности из тех же цифр и в том же порядке, что и число N, за исключением его крайней правой цифры, которая является первой цифрой ответа. Другими словами, при умножении числа N на 2 с ним происходит то же самое, что и с произведением числа 102 564 на 4 и числа 142 857 на 5.

На одной научной конференции выдающийся британский физик Фримен Дайсон услышал в кафе обсуждение этой задачи. «О, да это же совсем просто! – вмешался он в разговор. – Но, конечно же, наименьшее такое число содержит 18 цифр».

Как отмечалось в New York Times, коллеги Дайсона были поражены. Никто понятия не имел, как ему удалось получить результат: «Либо Фримен знал ответ, либо, что еще более поразительно, смог вывести его в уме за пару секунд».

Как бы там ни было, Дайсон оказался прав, а для того чтобы найти решение, необходимо знать математику на уровне ученика начальной школы.

Мы приближаемся к концу книги, а числа становятся все больше. Вообще говоря, они настолько велики, что не уместятся на одной странице.

Ответ

123. ДЕВЯТАЯ СТЕПЕНЬ

Представленные ниже девять чисел – последние четыре цифры чисел 31⁹, 32⁹, 33⁹, 34⁹, 35⁹, 36⁹, 37⁹, 38⁹, 39⁹, перечисленные в случайном порядке. Расположите их в порядке возрастания.

…2848

…5077

…1953

…6464

…8759

…8832

…0671

…1875

…8416

Следующее число относится к числу 39⁹ свысока за недостаточное прилежание.

Ответ

124. КОГДА МНЕ БУДЕТ 64

[37]

Определите приближенное значение 2⁶⁴.

И последнее число считает ничтожным даже число 2⁶⁴.

Ответ

125. МНОГО ИЗ НИЧЕГО

Сколько нолей в конце числа 100?!

Как уже было сказано в этой книге, 100! означает, что результат получен путем умножения числа 100 на все целые числа меньше 100. Следовательно, число 100! равно 100 × 99 × 98 × 97 × 96 × … × 3 × 2 × 1. Вам не обязательно вычислять ответ – он состоит из 158 цифр. Лучше используйте свое глубокое понимание математики и определите, что означают ноли в конце числа.

Ответ

1. г) М.

На рисунке видно, что на кубе изображено шесть букв: I, K, M, O, U и P. Поскольку у куба шесть граней, на нем могут быть написаны только эти буквы. На первой картинке грани с буквами I и M имеют общее ребро с гранью буквы K. На второй – общее ребро с гранью буквы K у O и U. Только у четырех граней может быть общее ребро с гранью буквы K. Если расположить куб так, чтобы грань с буквой K была сверху (как на первой картинке), то грань с буквой I будет смежной грани с буквой M по часовой стрелке. На основании второй картинки мы можем сделать вывод, что, когда грань с буквой K находится сверху, грань с буквой O смежна грани с буквой U по направлению движения часовой стрелки, а значит, грани куба расположены по часовой стрелке в следующем порядке: M-I-U-O. Таким образом, на грани, противоположной грани с буквой U, находится буква M.

К тексту

2. г) теннисного корта.

После того как Пиноккио солжет девять раз, длина его носа составит 2⁹ × 5 см = 512 × 5 см = 25,6 м, что примерно равно длине теннисного корта, которая равна 23,8 метра. Однако, согласно отчету Центра междисциплинарных наук при Университете Лестера, эта длина намного меньше возможной максимальной длины носа Пиноккио. Расчеты специалистов центра показывают, что если деревянная голова Пиноккио весит 4,18 килограмма, а нос – 6 граммов, первоначальная длина которого составляет один дюйм (2,54 см), то нос сломается только после 13 случаев вранья, когда он вырастет до 208 метров.

К тексту

3. в) eighteen (18).

В слове eighteen (18) восемь букв, а число 18 не кратно 8.

К тексту

4. г) Эми – крайняя слева.

Эми находится по левую сторону и от Бена, и от Криса. Следовательно, эти трое стоят в таком порядке: Эми, Бен, Крис или Эми, Крис, Бен. Это все, что нам известно, поэтому утверждение «г» однозначно верно. Ни одно из оставшихся утверждений не должно быть истинным, хотя утверждение «б» может быть истинным.

К тексту

5. E.

Эту задачу можно решить методом проб и ошибок. Можно также доказать следующее правило: чтобы нарисовать изображение, не отрывая карандаша от бумаги и не проводя карандашом по линии повторно, оно должно содержать не более двух точек, в которых сходится нечетное количество линий. Этому условию удовлетворяет только ответ E, поскольку на изображении вообще нет точек, в которых сходится нечетное количество линий, тогда как на других рисунках таких точек больше двух[38].

К тексту

6. б) 2.

Надеюсь, вы знаете хотя бы таблицу умножения на семь! В таком случае для вас не станет неожиданностью тот факт, что 35 делится на 7, а значит, и 350 000 делится на 7. На 7 делится также 49, и 4900. Поскольку 354 972 = 350 000 + 4900 + 72, остается только найти остаток от деления 72 на 7. Так как 7 × 10 = 70, остаток равен 2.

К тексту

7. в) 4.

В семье должно быть по меньшей мере два мальчика, поскольку если бы мальчик был только один, у него не было бы брата, что противоречит условиям задачи. Аналогично, в семье должно быть по меньшей мере две девочки, а значит, в семье минимум четверо детей.

К тексту

8. д) 9.

Просто выполните это забавное умножение на любом клочке бумаги – и задача решена.

К тексту

9. а) 3.

Надеюсь, на вашем листе бумаги еще осталось место. Впишите в пустые клетки пирамиды (начиная сверху и слева направо) буквы p, q, r; в правую крайнюю клетку в четвертом ряду s и в пятом ряду между клетками с числом 9 и буквой х – t. Вот необходимые вычисления:

p = 105 – 47 = 58;

q = p – 31 = 58–31 = 27;

r = 47 – q = 47–27 = 20;

s = r – 13 = 20–13 = 7;

t = 13 – 9 = 4;

х = s – t = 7–4 = 3.

К тексту

10. а) 2.

С моей стороны было бы неучтиво не включить задачу на деление в столбик, в результате чего получим поэтому десятичная дробь содержит только две разные цифры.

К тексту

Глава 1. Капуста, неверные мужья и зебра. Логические задачи 1. ВОЛК, КОЗА И КАПУСТА

Решить задачу с девятью переправами можно следующим образом. (Надо отметить, что, по условиям задачи, мужчин нельзя назвать джентльменами еще и потому, что женщины вынуждены грести по меньшей мере во время шести переправ – а может, и во время всех.) В целом стратегия такова: нужно взять первую пару, а затем вторую и третью и т. д. при условии, что братья всегда сходят на берег раньше сестер.

При более строгом соблюдении условий второй шаг недопустим, поскольку, когда сестра из первой пары вернется на левый берег, она окажется без сопровождения брата в присутствии мужчин, не состоящих с ней в родстве. В этом случае самое быстрое решение потребует одиннадцати переправ. Суть задачи о волке, козе и капусте состояла в том, что для переправы всего имущества через реку требовалось перевезти на другой берег один объект, затем вернуть его назад и снова перевезти. В данной задаче мы должны перевезти каждую сестру на другой берег, вернуть назад и снова переправить через реку.

Вот еще один из способов сделать это.

К тексту

2. ТРОЕ МУЖЧИН И ИХ СЕСТРЫ

Именно такое решение предложил Алкуин, оно же зашифровано в гекзаметре на латыни (в той версии, в которой пары состоят из мужа и жены). Вот примерный перевод этого гекзаметра.

Женщины, женщина, женщины, жена, мужчины, мужчина и жена,

Мужчины, женщина, женщины, мужчина, мужчина и жена.

К тексту

3. ПЕРЕХОД ЧЕРЕЗ МОСТ (С НЕБОЛЬШОЙ ПОМОЩЬЮ МОИХ ДРУЗЕЙ)

Стратегия, упомянутая мной в тексте, состоит в том, чтобы Джон, который ходит быстрее всех, перевел каждого из своих друзей через мост по одному. Джон переводит Пола за 2 минуты и возвращается за 1 минуту. Затем он переводит Джорджа за 5 минут и возвращается за 1 минуту. И наконец, переводит Ринго за 10 минут. Суммарное время составляет 2 + 1 + 5 + 1 + 10 = 19 минут.

Сначала эта стратегия кажется оптимальной без всяких доказательств. Почему бы не использовать каждый раз самого быстрого человека? Однако на самом деле целесообразнее собрать вместе двух человек, передвигающихся медленнее всех. Вот как это сделать:

1. Так же как и в предыдущем случае, Джон переводит Пола на другую сторону за 2 минуты и возвращается назад за 1 минуту.

2. Далее Джордж и Ринго переходят через мост вместе, что занимает у них 10 минут.

3. Они передают фонарь Полу, который возвращается по мосту, прибавив 2 минуты.

4. Джон и Пол совершают последний переход, потратив на это еще 2 минуты.

Суммарное время составляет 2 + 1 + 10 + 2 + 2 = 17 минут.

Эта головоломка превосходна, поскольку в ней действие, которое на первый взгляд кажется нерациональным (уменьшить участие Джона), на самом деле именно то, что нужно совершить. Такое решение вызывает восхищение.

Чтобы понять, почему двум друзьям, передвигающимся медленнее всех, лучше всего идти вместе, представьте, что Джон переходит через мост за 1 минуту, Пол – за 2 минуты, но Джорджу понадобится 24 часа, а Ринго – 24 часа и 1 минута. Теперь стало гораздо очевиднее, почему Джордж и Ринго должны вместе перейти через мост с фонарем, ведь для этого понадобится только один переход продолжительностью 24 часа.

К тексту

4. ДВОЙНОЕ СВИДАНИЕ

Два сына – одновременно и дяди, и племянники друг другу. Для простой головоломки ее условия на удивление запутанны. Назовем двух мужчин Альбертом и Бернардом, а их сыновей – Стивом и Тревором. Ниже изображено генеалогическое дерево.

Бернард и Стив – единокровные братья, поскольку у них одна мать. Следовательно, сын Бернарда Тревор – племянник Стива.

Аналогично Альберт и Тревор – единокровные братья, а значит, Стив – племянник Тревора.

Сложные семейные связи становятся еще запутаннее, если принять во внимание, что мать Бернарда замужем за Альбертом, – следовательно, мачеха матери Бернарда является матерью Альберта. Это делает мать Альберта неродной бабушкой Бернарда. Таким образом, Бернард состоит в браке со своей неродной бабушкой.

К тексту

5. ЗВАНЫЙ УЖИН

На званом ужине присутствует только один гость.

На представленной ниже схеме показаны родственные связи в этой странной семье. Отец губернатора – мистер C, а значит, этот гость – шурин отца губернатора. Таким же образом каждое из описаний гостей ведет нас от губернатора к гостю: через брата губернатора (мистера E), через его тестя (мистера B) и через шурина (мистера D).

К тексту

6. ЛГУНЬИ

Мы ищем такое сочетание правдивого и лживого утверждений, которое не ведет к противоречию.

Предположим, Берта говорит правду. Из этого следует, что Грета лжет, а значит, Роза должна говорить правду. Но если она говорит правду, то Берта и Грета лгут, что является противоречием. Следовательно, Берта не говорит правду.

Если Берта лжет, то Грета говорит правду, а это значит, что лжет Роза. Если же она лжет, то по меньшей мере одна из двух девушек (Берта или Грета) говорит правду, а это верное утверждение. Таким образом, сочетание утверждений, при которых Берта и Роза лгут, а Грета говорит правду, является логически непротиворечивым. Это и есть решение задачи.

К тексту

7. СМИТ, ДЖОНС И РОБИНСОН

В условии задачи сказано, что ближайший сосед кондуктора зарабатывает втрое больше него. Значит, ближайшим соседом кондуктора не может быть господин Джонс, поскольку его заработная плата не делится на три. Однако ближайшим соседом кондуктора не может быть и господин Робинсон, потому что кондуктор живет между Лидсом и Шеффилдом, а господин Робинсон – в Лидсе. Следовательно, ближайшим соседом и обитателем города «между Лидсом и Шеффилдом» должен быть господин Смит. Мы можем поставить галочку в правой верхней ячейке правой таблицы, как показано ниже, и сделать вывод, что господин Джонс живет в Шеффилде, так как это единственный оставшийся вариант.

Тезка кондуктора живет в Шеффилде, а нам известно, что мистер Джонс живет в Шеффилде. Стало быть, кондуктором должен быть Джонс. Как показано на рисунке ниже слева, мы можем отметить галочкой ячейку «Джонс – кондуктор», а также проставить крестики в других ячейках в той же строке и том же столбце, потому что у Джонса нет другой профессии, а остальные не являются кондукторами.

Подсказка о том, что Смит может выиграть у кочегара в бильярд, позволяет сделать вывод, что Смит не кочегар. (Кочегаром должен быть Робинсон.) Таким образом, мы ставим крестик в ячейке «Смит – Кочегар». Мы уже знаем, что Смит не кондуктор. Таким образом, методом исключения приходим к выводу, что Смит – машинист.

К тексту

8. ШКОЛА СВЯТОГО ДАНДЕРХЕДА

Определить, кто из девочек ходил в кино, можно, перебрав всех по одной, каждый раз исходя из того, что данная девочка была в кинотеатре, и подсчитывая, сколько девочек лгут.

Предположим, в кино ходила Джоан Джаггинс. Ее утверждение о том, что это была Джоан Твигг, не соответствует действительности, как и утверждение Герти Гасс. Однако Бесси и Салли, должно быть, говорят правду. Когда мы отметим это в таблице, нам легче будет выявить закономерность. В первой строке представленной ниже таблицы отображена правдивость или ложность утверждений в случае, если Джоан Джаггинс была в кино, во второй строке – если в кино была Герти Гасс и т. д. В последнем столбце отображено общее количество ложных утверждений. Таким образом, если П – правда, а Л – ложь, первая строка начинается с последовательности Л, Л, П, П, а вся таблица выглядит следующим образом:

Если по меньшей мере семь утверждений не соответствуют действительности, значит, тайным киноманом должна быть Дороти Смит.

К тексту

9. СЛУЧАЙ РОДСТВА

Итак, у нас есть пять мужчин: Дженкинс, Томкинс, Перкинс, Уоткинс и Симкинс, для простоты – Д, Т, П, У и С. И есть пять женщин, которые являются матерями и женами конкретных мужчин, причем одна и та же женщина не может быть одновременно женой и матерью одного мужчины – любовь в Кинсдейле, конечно, странная, но не настолько. Давайте определим этих женщин по их родственным связям и обозначим эти связи строчными буквами: д – мать Д, т – мать Т и т. д.

Далее нарисуем таблицу, верхняя строка которой соответствует мужчинам, а нижняя – их женам, то есть сначала вторая строка пуста. Если Томкинс – пасынок Дженкинса, значит, миссис Дженкинс – мать Томкинса, поэтому можно вписать букву т под Д.

Нам также известно, что Томкинс – отчим Перкинса, а это значит, что миссис Томкинс – мать Перкинса. Следовательно, под Т пишем п.

По условиям задачи, мать Перкинса – подруга миссис Уоткинс. Следовательно, мы знаем, что миссис Уоткинс не мать Дженкинса. Поскольку миссис Уоткинс не может быть матерью Уоткинса, методом исключения мы приходим к выводу, что она должна быть матерью Симкинса.

И наконец, сказано, что мать мужа миссис Уоткинс (то есть мать Уоткинса) – кузина миссис Перкинс. Следовательно, жена Перкинса не мать Уоткинса. Если жена Перкинса не мать Уоткинса, то она может быть только матерью Дженкинса. И снова методом исключения приходим к выводу, что жена Симкинса должна быть матерью Уоткинса.

Таким образом, получается, что пасынок Симкинса – Уоткинс.

К тексту

10. ЗАДАЧА О ЗЕБРЕ

Это табличная головоломка, поэтому рисуем таблицу. По условиям задачи, у нас есть пять домов и пять свойств, так что таблица должна выглядеть так, как показано ниже. Мы будем заполнять пустые ячейки, анализируя одно утверждение за другим.

Утверждение 9 гласит, что в среднем доме пьют молоко, поэтому мы можем записать слово молоко в третьем столбце. В утверждении 10 сказано, что датчанин живет в первом доме, значит, мы можем записать слово датчанин в первом столбце. Согласно утверждению 15, дом по соседству с домом датчанина синий, так что записываем слово синий во втором столбце.

В утверждении 6 говорится, что зеленый дом и дом цвета слоновой кости находятся по соседству. Следовательно, первый дом не может быть зеленым или цвета слоновой кости. Однако первый дом не может также быть красным, поскольку, по утверждению 2, шотландец живет в красном доме, а нам известно, что в первом доме живет датчанин. Мы можем сделать вывод, что первый дом желтый. Как сказано в утверждении 8, его хозяин носит криперы, а из утверждения 12 нам известно, что во втором доме держат лошадь.

Что пьет датчанин? Не кофе, если верить утверждению 4, и не чай, согласно утверждению 5, и не молоко, по утверждению 9, и не апельсиновый сок – исходя из утверждения 13. Следовательно, датчанин должен пить воду.

А кто живет во втором доме? Не шотландец, потому что его дом синий, и не грек, так как он держит лошадь. Значит, либо боливиец, либо японец. Однако если это японец, то что он пьет? Не воду, не молоко, не кофе (в силу утверждения 4) и не чай (в силу утверждения 5). Таким образом, японец должен пить апельсиновый сок. Но тогда, согласно утверждению 13, японец носит шлепанцы, что противоречит утверждению 14, которое гласит, что он носит вьетнамки. Следовательно, боливиец должен жить во втором доме, где он пьет чай.

По утверждению 6, зеленый дом и дом цвета слоновой кости находятся по соседству, а это значит, что красным может быть либо третий, либо пятый дом. Представим, что он пятый. В таком случае там живет шотландец, который, судя по утверждению 4, пьет апельсиновый сок и носит шлепанцы, как гласит утверждение 13. Но кто тогда носит броги и держит улиток, как говорится в утверждении 7? Не датчанин, который носит криперы, и не боливиец, который держит лошадь, и не грек, у которого, исходя из утверждения 3, есть собака, и не японец, который, по утверждению 14, носит вьетнамки. Получается, никто! Следовательно, мы можем сделать вывод, что третий дом – это красный дом шотландца, а значит, четвертый и пятый дома в силу утверждения 6 – это дом цвета слоновой кости и зеленый дом. Как сказано в утверждении 4, кофе пьют в пятом доме а значит, апельсиновый сок должны пить в четвертом. И, по утверждению 13, в четвертом доме носят шлепанцы.

Японец должен жить в пятом доме и носить вьетнамки, поскольку, в силу утверждения 14, он не может жить в четвертом доме, где должен жить грек со своей собакой.

Оставшаяся часть таблицы теперь заполняется автоматически: человеком, который носит броги и держит улиток, должен быть шотландец. Следовательно, боливиец носит сандалии, а, по утверждению 11, датчанин должен держать лису. В последнюю незаполненную ячейку мы вписываем зебру, ее держит японец.

Существуют и другие способы заполнить эту таблицу, но окончательный вариант всегда должен выглядеть именно так!

К тексту

11. ЗАВЕЩАНИЕ КАЛИБАНА

С чего же начать? Давайте еще раз сформулируем три утверждения.

1. Видевшие Калибана в зеленом галстуке не могут выбирать раньше Лоу.

2. Если Y.Y. не был в Оксфорде в 1920 году, то выбирающий первым никогда не одалживал Калибану зонтик.

3. Если вторым выбирает Y.Y. или Критик, то Критик выбирает раньше того, кто влюбился первым.

Попытаемся определить порядок, в котором Лоу, Y.Y. и Критик должны выбирать книги Калибана. Здесь важно то, что каждое утверждение необходимо для решения задачи, то есть оно должно содержать полезную информацию. Если хотя бы одно из утверждений не дает никаких сведений для поиска решения, значит, это решение неправильное.

Для того чтобы утверждение 1 предоставляло нам соответствующую информацию, по меньшей мере один из двух друзей Калибана – Y.Y. или Критик – должен был видеть его в зеленом галстуке. Если никто из них не видел Калибана в зеленом галстуке, утверждение избыточно. Из этого следует, что Лоу не может выбирать третьим, поскольку после него должен следовать тот, кто видел Калибана в зеленом галстуке.

Теперь проанализируем утверждение 2. Если Y.Y. не был в Оксфорде в 1920 году, то утверждение 2 не дает никаких данных насчет порядка выбора, а значит, мы можем считать, что Y.Y. не был в Оксфорде. А если никто не одалживал Калибану зонтик, утверждение избыточно. Следовательно, кто-то одолжил ему зонтик.

Но кто? Если зонтик Калибану одолжил Лоу, то в силу утверждения 2 Лоу не может быть первым. Из утверждения 1 нам известно, что Лоу не последний, а это делает его вторым. Но если Лоу второй, то утверждение 3 избыточно, поскольку, для того чтобы утверждение 3 давало ценные сведения, вторым должен быть либо Y.Y., либо Критик. Таким образом, Лоу не одалживал Калибану зонтик.

Если и Y.Y., и Критик одолжили Калибану зонтик, то, по утверждению 2, Лоу должен выбирать первым, а, по утверждению 3, Критик должен быть вторым и Y.Y. третьим; другими словами, утверждение 1 избыточно. Следовательно, либо Y.Y., либо Критик одолжили Калибану зонтик, но не оба. Аналогичным образом, если и Y.Y., и Критик видели Калибана в зеленом галстуке, то в силу утверждения 1 Лоу должен выбирать первым, а утверждение 2 избыточно. Стало быть, либо Y.Y., либо Критик видели Калибана в зеленом галстуке, но не оба.

Предположим, Y.Y. видел Калибана в зеленом галстуке и одолжил ему зонтик. Из утверждения 1 мы знаем, что Y.Y. не может выбирать первым, и если это верно, утверждение 2 избыточно. Следовательно, если Y.Y. видел Калибана в зеленом галстуке, то он не мог одолжить ему зонтик, а значит, зонтик одолжил Калибану Критик. Аналогично, если Критик видел Калибана в зеленом галстуке, применима та же логика, и тогда Y.Y. должен был одолжить Калибану зонтик.

В обоих случаях Лоу должен выбирать первым. И если это так, согласно утверждению 3, Y.Y. должен быть тем, кто влюбился первым. В итоге окончательный порядок выбора книг следующий: Лоу, Критик, Y.Y.

К тексту

12. ТРЕХСТОРОННЯЯ ПЕРЕСТРЕЛКА

Задача о тройной дуэли – настоящая жемчужина среди логических задач. Она приводит нас к блестящему (причем миролюбивому) результату, противоречащему здравому смыслу, а точнее, у Злого оказываются самые высокие шансы на выживание при условии, что он с самого начала не станет никого убивать.

Безусловно, Злой не должен целиться в Плохого, поскольку если он того убьет, то Хороший убьет Злого с вероятностью 100 процентов. Игра окончена.

А что, если Злой возьмет на мушку Хорошего, чтобы сразу же исключить самый точный выстрел? Если Злой убьет Хорошего, то Злой и Плохой продолжат перестрелку друг с другом. При таком развитии событий Злой не будет убит наверняка, но удача все равно не на его стороне. Плохой – более меткий стрелок, и он будет стрелять первым. По существу, шансы Злого на выживание составляют 1/7, или 14 процентов.

Результат получен следующим образом: вероятность того, что Плохой победит с первого выстрела, составляет 2/3, с двух выстрелов – (2/3)(1/3)(2/3), с трех – (2/3)(1/3)(2/3)(1/3)(2/3) и т. д. Вычислив сумму этого бесконечного ряда, вы получите 6/7. Следовательно, шансы Злого на выживание равны 1/7.

Если Злой не попадет в Хорошего, наступит очередь Плохого стрелять, и он будет целиться в Хорошего с вероятностью его убить 2/3. Если ему это удастся, дуэль продолжится между Злым и Плохим, но на этот раз Злой будет стрелять первым. Его шансы на победу немного выше 1/3; на самом деле эта вероятность равна 3/7, или 43 процентам. Если Плохой не попадет в Хорошего, то Хороший убьет Плохого следующим выстрелом, и дуэль продолжится между Злым и Хорошим, причем Злой будет стрелять первым. Теперь его шансы на выживание составляют ровно 1/3.

Другими словами, перспективы Злого гораздо лучше, если он не попадет ни в одного из соперников. И значит, ему стоит промахнуться любой ценой. А для этого разумнее всего стрелять в воздух.

В действительности в обоих случаях промах обеспечивает Злому лучшие шансы на выживание из всех трех героев. Я не стану втягивать вас в вычисление вероятностей, но шансы Злого продержаться до конца составляют 40 процентов, шансы Плохого – 38 процентов, а шансы Хорошего – всего 22 процента.

Мораль истории такова: любой ценой предоставьте сильным возможность сражаться друг с другом.

К тексту

13. ЯБЛОКИ И АПЕЛЬСИНЫ

У нас есть три ящика с табличками «яблоки», «апельсины», «яблоки и апельсины», и мы можем достать фрукт из одного из них.

Давайте проанализируем возможные варианты развития событий. Предположим, мы достали фрукт из ящика с табличкой «яблоки». Если это яблоко, мы понимаем, что здесь должны быть яблоки и апельсины. В этом ящике не могут храниться одни яблоки, поскольку таблички не соответствуют содержимому, а на табличке написано «яблоки». Остаются два ящика с табличками «апельсины» и «яблоки и апельсины» и два возможных содержимых: только апельсины и только яблоки. В ящике с табличкой «апельсины» не могут быть апельсины, поскольку таблички не соответствуют содержимому, значит, в нем яблоки. Остается ящик «яблоки и апельсины» с апельсинами – и мы правильно определили содержимое всех ящиков.

Ура! Похоже, мы решили задачу. Однако это не так. Поскольку наша стратегия сводится к выбору фрукта из ящика с табличкой «яблоки», есть вероятность, что им окажется апельсин. А если мы достанем апельсин из ящика с табличкой «яблоки», то можем решить, что в нем находятся либо апельсины, либо яблоки и апельсины, а значит, не сможем определить, что именно. Точно так же если мы выберем фрукт из ящика с табличкой «апельсины», то есть вероятность, что достанем яблоко и, следовательно, не сможем узнать, что в ящике – яблоки или яблоки и апельсины.

Решение заключается в том, чтобы выбрать фрукт из ящика с табличкой «яблоки и апельсины». В действительности вы, возможно, уже пришли к этому выводу и без представленных выше рассуждений. Если в головоломке есть единственное решение на основе выбора из трех вариантов, два из которых взаимозаменяемы (как «яблоки» и «апельсины»), то оно должно быть получено в результате выбора варианта, отличного от остальных.

Так что достаем фрукт из ящика с табличкой «яблоки и апельсины». Если это яблоко, нам понятно, что в ящике только яблоки. Остаются ящики с табличками «яблоки» и «апельсины», то есть ящик с апельсинами и ящик с яблоками и апельсинами. В ящике с табличкой «апельсины» не могут быть только апельсины, а значит, он с яблоками и апельсинами. Следовательно, в ящике с табличкой «яблоки» находятся апельсины. Вот так можно правильно развесить таблички на всех ящиках. То же самое мы могли бы сделать и в случае, если бы фруктом, который мы достали из ящика с табличкой «яблоки и апельсины», оказался апельсин, поскольку рассуждали бы аналогичным образом, только заменив яблоки на апельсины.

К тексту

14. СОЛЬ, ПЕРЕЦ И ПРИПРАВА

Сначала нам необходимо установить, кто этот мужчина. Похоже, что наиболее вероятный кандидат – Сид. Но этот путь приведет нас к противоречию. В задаче сказано, что у этого мужчины нет в руках приправы. Если это Сид, то у него не может быть и соли из-за его фамилии, а значит, у него должен быть перец. Зато у Риза не может быть перца, как, впрочем, и соли, поскольку во время диалога он отвечает тому, у кого она есть. Следовательно, у Риза тоже должен быть перец, а это противоречие.

Так этот мужчина – Фил? Фил – мужское имя! Мы снова столкнулись с противоречием. Судя по диалогу, он не человек с солью. Тогда, если тот мужчина – Фил, у него не может быть соли, так же как и перца, потому что название этой специи совпадает с его фамилией. Таким образом, у него должна быть приправа. Но в задаче говорится, что у мужчины нет приправы.

Методом исключения приходим к выводу, что этим мужчиной должен быть Риз. Поскольку у этого мужчины нет соли, значит, у Риза должен быть перец. А приправа должна быть у Сида, соль – у Фила.

(Если вам интересно, Сид – это уменьшительная форма имени Сидни, которое становится все более популярным женским именем, а Фил – уменьшительная форма имени Филиппа.)

К тексту

15. КАМЕНЬ, НОЖНИЦЫ, БУМАГА

Определить, как прошла игра, можно следующим образом. Проанализируем те шесть раз, когда Адам выбирает ножницы. Поскольку нам известно, что ничьих не бывает, на каждые шесть ножниц Ева выбирает либо камень, либо бумагу. Ева два раза выбирает камень и четыре – бумагу, из чего мы можем сделать вывод, что всякий раз, когда она называет либо камень, либо бумагу, Адам назвал ножницы. Ножницы Адама проигрывают два раза (камню) и выигрывают четыре раза (бумаге). Общий счет: Адам – 4, Ева – 2.

В оставшихся четырех сетах Ева каждый раз выбирает ножницы, а Адам три раз называет камень и один раз – бумагу. В этом случае счет такой: Адам – 3, Ева – 1.

Итоговый счет: Адам – 7, Ева – 3.

Адам побеждает.

К тексту

17. ЛИЦО В САЖЕ

Мисс Аткинсон исходит из того, что ее лицо чистое, а два других пассажира смеются друг над другом. Предположим, один находится слева, а другой справа. Допустим, мисс Аткинсон становится на место одного из двух пассажиров, скажем, того, кто сидит слева. Этот пассажир видит пассажира справа, чье лицо испачкано сажей, и мисс Аткинсон, на лице которой сажи нет. Таким образом, пассажир слева смеется, потому что лицо пассажира справа испачкано сажей. Далее мисс Аткинсон размышляет так: тогда почему, по мнению пассажира слева, смеется пассажир справа? Пассажир слева исходит из того, что у него на лице нет сажи, тогда над кем же смеется пассажир справа? Единственная неприятная вероятность: он, должно быть, смеется над мисс Аткинсон! Сделав такой вывод, она немедленно достает носовой платок и вытирает лицо.

К тексту

18. 40 НЕВЕРНЫХ МУЖЕЙ

Если вы решили две последние головоломки (или хотя бы прочитали их решение), у вас есть почти все инструменты для решения этой. Возможно, вы обратили внимание на то, что эти задачи представляют собой разные вариации одной: в первой участвуют две девочки (имеется в виду задача 16), во второй – три пассажира, а в этой – 40 жен.

В действительности, если в задаче об испачканных лицах увеличить количество детей с двух до 40, заменить слова «у нее грязное лицо» на слова «у нее неверный муж», а слова «делает шаг вперед» на слова «убивает мужа», то она превратится в задачу о неверных мужьях.

В данной задаче есть один поистине ключевой момент: информация о том, что в городе по меньшей мере один муж изменяет своей жене, кажется на первый взгляд совершенно несущественной и даже не имеющей отношения к тому, что произойдет дальше, поскольку каждая женщина знает, что как минимум один муж нарушил супружескую верность. На самом деле все они знают о 39 негодяях. Тем не менее эти данные запускают поразительную последовательность событий.

Задача об испачканных лицах детей завершилась тем, что обе девочки, поняв, что их лица испачканы грязью, сделали шаг вперед. Но кульминацией этой головоломки становится настоящий фильм ужасов: 40 жен убивают своих мужей в одно и то же время.

Как мы получим такое решение? Представьте, что произойдет, если только один муж изменяет своей жене, а остальные 39 супругов хранят верность. Разумеется, жена единственного прелюбодея не знает, есть ли в городе другие неверные мужья, поскольку все женщины с самого начала думают, что их мужья хранят верность. Поэтому она считает, что все остальные мужья тоже верны своим женам. Узнав о неверности по меньшей мере одного мужа, женщина поймет, что это ее муж (потому что все остальные мужья верны своим женам, а значит, неверным может быть только ее муж), и убьет его на следующий день в полдень.

Теперь допустим, что изменников двое. Их жены (назовем их Агнес и Берта) знают только об одном неверном муже, так как обе убеждены в верности своих супругов. Агнес известно, что муж Берты не хранит верность своей жене, а Берта знает, что муж Агнес изменяет ей. Остальным 38 женам известно, что нарушают верность оба мужа – и муж Агнес, и муж Берты. Поскольку все знают о наличии по меньшей мере одного неверного супруга, новость о том, что как минимум один муж изменяет жене, не вызывает беспокойства ни у одного жителя города, и следующий день обходится без кровопролития.

Однако в тот же день после полудня Агнес и Берта приходят в замешательство. Агнес делает вывод (так же как ранее и мы с вами), что если муж Берты – единственный неверный супруг в городе, то Берта должна была убить его в полдень на следующий день после того, как узнала, что в городе есть по меньшей мере один неверный супруг. Тот факт, что Берта не убила своего мужа, наводит Агнес на мысль, что Берте известно о существовании второго неверного мужа. Кто же это может быть? Только ее собственный муж! В итоге на следующий день Агнес убивает своего мужа в полдень, в то же самое время, когда Берта (сделавшая аналогичный вывод) убивает своего супруга. Другими словами, при наличии двух неверных мужей оба будут убиты на второй день после сообщения, что в городе есть по меньшей мере один прелюбодей.

Теперь мы можем проанализировать ситуацию с тремя неверными мужьями. Каждая из жен будет думать, что неверных супругов двое, и после того, как минет второй день, а все мужчины останутся живы, жены все поймут. На третий день три женщины убьют своих супругов. Перейдем к сути. Если в городе 40 неверных мужей, ничего не произойдет до сорокового дня, когда наступит кровавая расплата.

Если бы правитель не упомянул о том, что в городе есть как минимум один неверный муж, приведенная выше логическая аргументация была бы невозможна, и массовое убийство на городской площади можно было бы предотвратить.

К тексту

19. КОРОБКА СО ШЛЯПАМИ

Первый игрок, Альгернон, может узнать цвет своей шляпы только в том случае, если увидит зеленые шляпы на двух своих друзьях, поскольку это означает, что у него красная шляпа. Если он не знает цвета своей шляпы, то он должен увидеть либо две красные шляпы, либо красную и зеленую.

Аналогично и Бальтазар должен увидеть две красные шляпы или красную и зеленую. Однако мы, похоже, не так уж далеко продвинулись в решении задачи, потому что смогли определить только возможные варианты решения: во-первых, у всех красные шляпы; во-вторых, у Альгернона и Бальтазара зеленые шляпы; в-третьих, лишь у Каратака зеленая шляпа.

Так как Каратак видит только красные шляпы, мы можем исключить вариант 2. А теперь представьте, что вариант 3 верен и у Каратака зеленая шляпа. Предположим, это действительно так, и проанализируем вопрос снова. Альгернон увидел бы зеленую и красную шляпу, после чего пришел бы к выводу, что не знает, какого цвета его шляпа. Бальтазар видит, что у Каратака зеленая шляпа. Исходя из того что Альгернон не знает цвета своей шляпы, Бальтазар может исключить, что у него самого зеленая шляпа, поскольку если бы это было так, то Альгернон сказал бы, что знает цвет своей шляпы! Таким образом, Бальтазар узнает, что у него красная шляпа, а в этом случае он не может сказать, что не знает цвета своей шляпы. Предположение о том, что вариант 3 верен, приводит нас к противоречию, следовательно, на самом деле верен вариант 1: у Каратака красная шляпа.

К тексту

20. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ЧИСЛА

Для того чтобы решить эту головоломку, мы будем использовать определенную информацию из каждого утверждения, постепенно сокращая количество возможных чисел, которые мог выбрать Зебеди.

Итак, мы имеем числа 1, 2, 3, 4, 5… Если у Ксанфа число 1, то при условии, что числа следуют друг за другом, он понимает, что у Иветт должно быть число 2. Следовательно, у Ксанфа не может быть число 1, и мы вычеркиваем его из списка. Если же у Ксанфа число 2, то у Иветт могло бы быть число 1 или 3, и в этом случае он не знал бы число Иветт. Аналогично для каждого числа больше 2 всегда допускается возможность, что число Иветт на единицу меньше или на единицу больше. Таким образом, все, что нам становится известно из первого утверждения, что число Ксанфа – 2 или больше.

У Иветт не может быть число 1 по той же причине, о которой шла речь выше. Но может ли у нее быть число 2? Если у Иветт число 2, то она знает, что у Ксанфа должно быть либо число 1, либо число 3. Однако, будучи превосходным логиком, она пришла к выводу, что у Ксанфа не число 1. Значит, если у Иветт число 2, ей известно, что у Ксанфа должно быть число 3, но это противоречит ее собственному утверждению, что она не знает число Ксанфа. Стало быть, можно вычеркнуть 2 из списка Иветт. Если у Иветт число 3 или больше, то верно ее утверждение о том, что она не знает число Ксанфа, поскольку, если рассуждать логически, у Ксанфа может быть число Иветт плюс или минус один.

В общем, нам известно, что у Ксанфа одно из чисел 2, 3, 4, 5, 6…, а у Иветт одно из чисел 3, 4, 5, 6, 7…

Теперь Ксанфа говорит, что знает число. Если у него число 2, то, насколько ему известно, у Иветт число 3. Если же у нее число 3, то она понимает, что у Иветт должно быть число 4. Если у Ксанфа число 4, то у Иветт может быть число 3 или 5, а значит, Ксанф не знает число. То же самое можно сказать о числах больше числа 4. Другими словами, для того чтобы утверждение Ксанфа о том, что ему известно число Иветт, соответствовало действительности, у него должно быть либо число 2, либо число 3.

Если у Ксанфа число 2 либо 3, то у Иветт должно быть либо число 3, либо число 4, потому что числа Зебеди последовательные. Таким образом, Зебеди шепнул им на ухо либо числа 2 и 3, либо числа 3 и 4. И мы можем сделать вывод, что одним из его чисел определенно было число 3.

К тексту

21. ДЕНЬ РОЖДЕНИЯ ШЕРИЛ

Шерил перечисляет возможные даты дня своего рождения, а затем сообщает Альберту месяц, которым может быть май, июнь, июль или август. Кроме того, она называет Бернарду день, то есть 14, 15, 16, 17, 18 или 19-е число. В каждой строке диалога содержатся сведения, которые позволят исключить определенные месяцы или числа; в конце будут исключены все варианты, кроме одного.

Альберт говорит, что не знает, когда у Шерил день рождения, но знает, что Бернард тоже этого не знает.

Каждый месяц появляется в списке Шерил по меньшей мере два раза, а значит, какой бы месяц она ни назвала Альберту, существует выбор минимум из двух чисел рождения. Следовательно, Альберт не знает, когда у Шерил день рождения. Первая часть его сообщения избыточна.

Чтобы Альберт знал, что Бернарду неизвестна дата рождения Шерил, он должен быть уверен, что Бернард не держит в уме число, которое появляется в списке только один раз. Речь идет о числах 18 и 19. Если бы Бернарду назвали какое-то из этих чисел, он смог бы дедуктивным методом определить день рождения Шерил. Альберт может быть убежден, что Шерил назвала Бернарду не числа 18 или 19, лишь в том случае, если она назвала ему (Альберту) месяц без этих чисел. Стало быть, мы можем исключить месяцы с датами 18 и 19, а это май и июнь. Должно быть, Шерил назвала Альберту июль или август.

Бернард говорит, что сначала не знал, когда день рождения у Шерил, подтверждая, что ему назвали не числа 18 или 19. А затем сообщает, что теперь знает дату рождения Шерил. Чтобы утверждать подобное, он должен знать число, которому соответствует только один оставшийся вариант месяца. Таким образом, мы можем исключить 14, поскольку существуют варианты 14 июля и 14 августа. Значит, Бернарду назвали одно из чисел – 15, 16 или 17.

Теперь Альберт говорит, что знает, когда у Шерил день рождения, а значит, он знает название месяца, которому соответствует лишь один вариант числа. Остались только следующие даты: 16 июля, 15 августа и 17 августа. Следовательно, ответ – 16 июля.

Несмотря на то что 16 июля – правильный ответ, незначительное изменение хода рассуждений приводит к другому ответу – 17 августа. По всей вероятности, именно разгоревшаяся в сети полемика по поводу того, какой подход следует считать правильным, способствовала широкому обсуждению и распространению этой головоломки. Чтобы положить конец спорам, организация Singapore and Asian Schools Math Olympiads («Математические олимпиады в Сингапуре и странах Азии»), которая сформулировала эту задачу, сделала публичное заявление, уточнив вопрос и отметив, что 17 августа – неправильный ответ.

Вот как можно получить альтернативную дату. Это прекрасно иллюстрирует, как много нюансов бывает в логических головоломках и насколько внимательно нужно относиться к тому, что можно считать информативными данными, а что нет.

Альберт начинает с утверждения о том, что ему не известен день рождения Шерил, но он знает, что Бернард также не знает этого. Если, по-вашему, Альберт получил информацию о Бернарде логическим путем, то вы выведете прежний ответ – 16 июля. Однако Альберт может узнать о неведении Бернарда от кого-то.

В таком случае Альберт еще до начала рассуждений может исключить даты с числами 18 и 19, которые появляются в списке Шерил только один раз. Когда Альберт говорит, что не знает дня рождения Шерил, он раскрывает информацию о том, что названный ему месяц не июнь, поскольку этот месяц появляется в оставшихся датах всего один раз. Следовательно, мы можем его исключить. Но в отличие от предыдущего сценария, возможно, Альберту назвали месяц май, стало быть, мы не можем вычеркнуть его из списка. Диалог продолжается, и Бернард говорит, что сначала не знал дня рождения Шерил, но теперь знает. Для того чтобы это было правдой, ему должны были сообщить число, которое появляется лишь один раз среди оставшихся вариантов: 15 и 16 мая, 14 и 16 июля, а также 14, 15 и 17 августа. Число 17 упоминается только раз, поэтому ответ – 17 августа.

Все эти рассуждения весьма логичны, но я согласен с Singapore and Asian Schools Math Olympiads: самое простое объяснение этой задачи состоит в том, что Альберт сам делает вывод о неведении Бернарда по поводу дня рождения Шерил, а не получает эту информацию извне.

К тексту

22. ДЕНЬ РОЖДЕНИЯ ДЕНИЗ

Эта задача решается так же, как и задача о дне рождения Шерил. Каждое утверждение персонажей содержит подсказку о том, что следует исключить. Однако задача о дне рождения Дениз сложнее, поэтому вашему мозгу придется учесть много разных условий.

Вот названные в задаче даты:

Альберт, которому известен месяц рождения Дениз, знает, что Бернард, которому известно число, не знает даты. Единственные числа, появляющиеся среди предложенных дат только один раз, – это 11 и 12 (11 апреля 2003 года и 12 июня 2002 года), а значит, мы можем их исключить. Для удобства вычеркните их из таблицы.

Поскольку Альберт знает, что месяц рождения Дениз – это не апрель или июнь, мы можем вычеркнуть и все остальные даты, в которых встречаются эти месяцы: 13 апреля 2001 года, 15 апреля 2002 года и 17 июня 2001 года.

Бернарду известно число рождения, но он все еще не знает день, значит, мы можем исключить все оставшиеся даты с числами, появляющимися всего один раз, так как если бы ему была известна одна из этих дат, то он знал бы и день рождения. Числа 15 и 17 встречаются только один раз, поэтому мы вычеркиваем даты 15 мая 2001 года и 17 февраля 2001 года.

Однако Бернарду также известно, что Шерил, которая знает год рождения Дениз, неизвестен день ее рождения. Шерил могла бы знать это лишь в случае, если бы названный ей Дениз год был 2001-м, поскольку в этом году осталась только одна дата – 13 марта. Следовательно, число 13 не то, что известно Бернарду, и его можно вычеркнуть из таблицы. Прощайте, 13 марта 2001 года и 13 января 2003 года.

Тот факт, что Шерил не знает дня рождения Дениз, не дает нам никакой полезной информации. Но если она знает, что Альберту все еще это неизвестно, то, значит, названный ему месяц – не тот, что появляется среди оставшихся дат всего один раз. Единственный такой оставшийся месяц – январь (19 января 2004 года). Таким образом, Шерил был назван не 2004 год. И мы вычеркиваем из таблицы все даты 2004 года.

Теперь Альберту известна дата, следовательно, нужный месяц должен встречаться среди оставшихся вариантов лишь один раз. И можно исключить две даты, в которых присутствует март, после чего останутся: 14 мая 2002 года, 16 августа 2002 года, 16 февраля 2003 года и 16 июля 2003 года.

Если Бернарду теперь известен день рождения Дениз, то это число должно появиться среди оставшихся дат только один раз.

Ответ: 14 мая 2002 года.

К тексту

23. ВОЗРАСТ ДЕТЕЙ

У церковного служителя трое детей. При умножении значений их возраста получается 36. Благодаря этим сведениям мы можем сократить количество возможных значений до представленных ниже комбинаций. В последнем столбце, выделенном жирным шрифтом, представлена сумма трех значений возраста.

1 × 1 × 36 38

1 × 2 × 18 21

1 × 4 × 9 14

1 × 6 × 6 13

2 × 2 × 9 13

2 × 3 × 6 11

3 × 1 × 12 16

3 × 3 × 4 10

По нашим предположениям, викарий знает номер на двери дома церковного служителя или может это выяснить. Если бы номер совпадал с числом, которое только один раз появляется в столбце, выделенном жирным шрифтом, викарий сразу же узнал бы возраст детей. Однако если бы на двери был номер 13, ему понадобилась бы дополнительная информация. В связи с этим мы можем сделать вывод, что номер двери 13, а возраст детей – 1, 6, 6 или 2, 2, 9.

Очевидно, что викарий знает возраст своего сына, поэтому будем исходить из того, что служитель тоже знает. И поскольку он сказал викарию, что этой информации достаточно, чтобы определить возраст его детей, сын викария должен быть старше всех детей в одном наборе возможных значений, но младше по меньшей мере одного ребенка в другом наборе возможных значений возраста детей церковного служителя. Другими словами, сыну викария должно быть 7 или 8 лет. Если бы ему было, скажем, 10 или 11 лет, он был бы старше всех детей в двух наборах возможных значений возраста детей церковного служителя, и тогда тот не мог бы утверждать, что викарий может решить задачу. Если же сыну викария 7 или 8 лет, то детям церковного служителя 1 год, 6 лет и 6 лет.

К тексту

24. МАТЕМАТИКИ В АВТОБУСЕ

Нам известно, что у математика А не менее двух детей и их возраст выражается в положительных (натуральных) целых числах, причем сумма этих значений равна номеру автобуса. Мы также знаем, что у этого математика только один ребенок в возрасте одного года.

С учетом этих данных проанализируем различные номера автобусов. Номер автобуса не может быть единицей, поскольку два положительных целых числа не могут давать в сумме 1.

Номер автобуса не может быть двойкой, так как единственные два положительных целых числа, которые дают в сумме 2, – это 1 и 1, но в таком случае у математика должно быть двое годовалых детей.

Допустим, номер автобуса – 3, а единственные положительные целые числа, которые дают в сумме 3, – это 2 + 1 и 1 + 1 + 1. Второй вариант можно исключить, поскольку тогда у математика было бы трое детей в возрасте 1 года. Можно исключить и первый вариант, потому что, если бы номер автобуса был тройкой, а математику Б сказали бы, что есть только двое детей, то он автоматически вычислил бы возраст каждого ребенка, а точнее 2 года и 1 год. Следовательно, номер автобуса не 3.

Ниже представлена таблица со всеми возможными значениями возраста детей при условии, что номер автобуса – 4. Сумма значений возраста детей равна номеру автобуса. Я не включил в таблицу комбинации с более чем двумя числами 1. Кроме того, для каждой комбинации я подсчитал количество детей и возраст математика.

Если бы математик А сообщил математику Б количество детей (второй столбец) и свой возраст (третий столбец), он сказал бы «2, 3», «2, 4» или «1, 4». В каждом из этих случаев математик Б смог бы определить возраст каждого ребенка, поскольку каждая пара чисел уникальна. Следовательно, математик А не ответил бы «нет», если бы математик Б спросил его, сможет ли он установить возраст каждого ребенка.

Таким образом, знания количества детей и возраста математика А недостаточно для того, чтобы математик Б смог выяснить возраст каждого ребенка, и нам надо вычислить номер автобуса, которому соответствуют по меньшей мере две идентичные комбинации чисел во втором и третьем столбцах.

Гениальность Конвея в решении этой головоломки в том, что оно единственное, то есть существует только один номер автобуса, которому соответствуют по меньшей мере две идентичные строки во втором и третьем столбцах.

Давайте продолжим рассуждать до тех пор, пока не найдем этот номер.

Здесь нет нужного номера.

И здесь тоже нет.

К этому моменту вы уже получили представление о происходящем. Продолжив ход рассуждений, мы в итоге доберемся до номера автобуса 12.

Пришлось немало потрудиться, но мы таки нашли то, что искали. Я выделил эти числа жирным шрифтом.

Даже если бы математик Б знал, что у математика А четверо детей, произведение возрастов которых равно 48, этих данных все равно было бы недостаточно для определения возраста каждого ребенка, потому что это могли бы быть числа 6, 2, 2 и 2 или 4, 4, 3 и 1.

Математик Б знает, что он не может вычислить возраст детей дедуктивным методом, а значит, знает, что математику А должно быть 48 лет.

И нам известно, что номер автобуса – 12.

В описании задачи я отметил, что существует только один возможный номер автобуса, и теперь, после того как мы его установили, задача решена. Однако вы, возможно, захотите получить доказательство того, что номер автобуса не может быть числом 13 или большим. Я не привожу здесь это доказательство, потому что оно слишком сложное для книги такого уровня. Любознательные читатели могут найти его в интернете.

К тексту

25. ИГРА С ГЛАСНЫМИ

Ответ: нужно перевернуть карточку с буквой A и карточку с числом 2.

Очевидно, что следует перевернуть карточку с буквой A, чтобы проверить, есть ли на обратной стороне нечетное число. Карточку Б переворачивать не нужно, потому что согласные нас не интересуют.

Большинство людей совершают ошибку, полагая, что нужно перевернуть карточку с цифрой 1, чтобы проверить, есть ли на обратной стороне гласная, поскольку 1 – нечетное число. Однако это ошибочная логика. Если на обратной стороне гласная, правило подтверждается. Если же на обратной стороне окажется согласная – не имеет значения, какое число находится на лицевой стороне, так как правило не касается согласных.

Нам необходимо перевернуть карточку с цифрой 2, чтобы убедиться, что на обратной стороне нет гласной, потому что в таком случае правило было бы нарушено.

Психолог Питер Уэйсон придумал эту головоломку в 1966 году. Большинство людей неправильно ее решают не потому, что не понимают вопроса. Скорее всего, они попадают в ловушку рассуждений на основании известных им данных (нечетное число на лицевой стороне), вместо того чтобы исходить из того, что им неизвестно, то есть что находится на скрытой от них стороне. Наш ленивый мозг не создан для решения логических задач!

Однако если сформулировать эту головоломку несколько иначе, включив в нее знакомый социальный контекст, большинство людей находят правильное решение. На изображенных ниже карточках с одной стороны написаны названия напитков, а с другой – числа. Каждая карточка соответствует человеку, причем число обозначает его возраст, а слово – его напиток.

Какие карточки нужно перевернуть, чтобы проверить следующее правило: «Если человек пьет алкоголь, значит, ему больше 18 лет»?

Понятно, что нужно перевернуть карточку с надписью «вино». Однако гораздо очевиднее, что следует перевернуть карточку с числом 17, чтобы узнать, что пьет этот человек. Не нужно выяснять, что пьет 22-летний, поскольку он может пить то, что пожелает.

К тексту

10 УВЛЕКАТЕЛЬНЫХ ГОЛОВОЛОМОК УМЕЕТЕ ЛИ ВЫ ИГРАТЬ В СЛОВА?

1. ЛОКО (одно из возможных условий сделки купли-продажи), ОКОТ, ОКОП.

К тексту

2. ОДНО СЛОВО. Итак, требуется составить словосочетание «одно слово», что и получается из предложенного набора букв.

К тексту

3. С четырех согласных начинается около тридцати слов, среди них ВЗГЛЯД и ВСКРИК (все остальные подобные слова также начинаются с «вз» или «вс»). Заканчивается четырьмя согласными только одно слово – МОНСТР.

К тексту

4. Май, Июнь, Июль, Август, Сентябрь, Октябрь, Ноябрь, Декабрь, Январь, Февраль, Март, Апрель.

К тексту

5. Тригонометрия = ТРИ-Г-ономе-ТРИ-Я

К тексту

6. Антилопа, автомат, абрикосы.

К тексту

7. 1) МИГ – маг – май – чай – ЧАС – чад – гад – ГОД – род – рок – бок – бек – ВЕК – бек – бок – боа – бра – ЭРА.

Или после ГОД – гид – вид – вис – вес – ВЕК…

2) МИГ – мир – мор – бор – боа – бра – ЭРА.

К тексту

8. У Дженнифер в этой системе будет значение 15. Каждый слог в имени дает по 5 очков. Так как в имени Дженнифер три слога, то значение равно 15.

К тексту

9. Буква о. Если последовательность состоит из семи букв, всегда думайте о днях недели: понедельник, вторник, среда, четверг, пятница, суббота, воскресенье.

К тексту

10. 1) Хочешь жить – умей вертеться.

2) Продать кота в мешке.

К тексту

Глава 2. Человек обходит атом. Геометрические задачи 26. ТОЛЬКО ЛИНЕЙКА

Линейка позволяет рисовать прямые линии. Линейкой с расстоянием между делениями в 2 единицы можно рисовать прямые линии и отмечать отрезки длиной 2 единицы. Это все, с чем нам предстоит работать, и этого достаточно.

Наше решение основано на правиле, что две прямые, исходящие из одной точки, расходятся с постоянной скоростью. Нам необходимо найти способ измерить расстояние между двумя расходящимися прямыми, которое позволит нам построить отрезок прямой длиной в 1 единицу. Вот как мы это сделаем.

Шаг 1. Нарисуйте две пересекающиеся прямые. Это и есть расходящиеся прямые. Отметьте на них точки, расположенные ниже точки пересечения на расстоянии двух единиц. Теперь отметьте точки ниже новых точек на расстоянии двух единиц.

Шаг 2. Соедините отрезками первые две точки, а затем вторые. Вы получили два параллельных отрезка. На нижнем отрезке отметьте точку X на расстоянии двух единиц.

Шаг 3. Проведите прямую линию от точки пересечения исходных прямых до точки X. Отметьте точку Y в том месте, где эта прямая пересекается с верхним параллельным отрезком. Расстояние вдоль этого отрезка до точки Y, отмеченное на рисунке жирной линией, равно 1 единице. Мы выполнили задание.

Почему этот способ работает? Я обозначил одну из исходных прямых A, а последнюю проведенную нами прямую – B. Расстояние от прямой A до прямой B в точке пересечения равно нулю. По мере постепенного перемещения вниз по прямой B расстояние от A до B по длине любого отрезка, расположенного под определенным углом, увеличивается с постоянной скоростью. Следовательно, если отрезок AB в точке X имеет длину в две единицы, то параллельный отрезок AB в точке Y, расположенный на полпути к нему, должен быть равен одной единице[39].

К тексту

27. ВЕРЕВКА, НАТЯНУТАЯ ВОКРУГ ЗЕМЛИ: НОВАЯ ЗАДАЧА

Эту веревку можно поднять примерно на 120 метров, что почти равно высоте небоскреба Centre Point, расположенного в центре Лондона. Такое расстояние кажется парадоксально большим. У нас есть веревка длиной 40 тысяч километров, натянутая вокруг Земли; удлиненная на один метр, она поднимется так высоко, что под ней пройдет пирамида из жирафов верхом на мотоциклах, на плечах которых стоит пирамида еще из двадцати жирафов. Теперь размер Земли становится непосредственным условием для ответа.

Вычисления требуют знания тригонометрии, слишком сложной для многих читателей. Так что если вы правильно вообразили эту задачу в графическом виде и подумали над тем, как ее решить, то уже заслуживаете высокой оценки.

На представленном рисунке r обозначает радиус Земли, а h – искомое решение, то есть максимальную высоту, на которую можно поднять веревку, не растягивая. Длина отрезка веревки от максимально высокой точки до Земли обозначена буквой t, а расстояние между точками касания Земли в тот момент, когда веревка висит в воздухе, равно двум g.

Мы можем найти h через r, но знайте: приятного в этом мало. И даже не пытайтесь что-то понять, если вы никогда не изучали тригонометрию. Сначала обратите внимание на то, что t – это касательная к поверхности Земли (а точнее, касательная к окружности, представляющей Землю на рисунке), поэтому имеем прямоугольный треугольник, в котором гипотенуза – это r + h, а две другие стороны – r и t. Воспользуемся теоремой Пифагора.

[1] t² + r² = (r + h)².

Мы знаем, что косинус угла θ равен r/(r + h), значит,

[2] θ = arccos (r/(r + h)).

А поскольку θ измеряется в радианах, то θ r = g. Тогда

[3] r arccos (r/(r + h)) = g.

Из формулировки задачи нам известно, что

[4] 2 g + 1 = 2t.

Эти уравнения можно перегруппировать и «упростить» (поверьте, это действительно возможно) до такого выражения:

Если r = 6 400 000 метров, h ≈ 122 метра.

Вот и все. Я привел здесь эти вычисления для полноты картины, но обещаю, что в этой книге тригонометрии больше не будет.

К тексту

28. ГИРЛЯНДА ИЗ ФЛАЖКОВ ДЛЯ УЛИЧНОГО ПРАЗДНИКА

В этой задаче, как и в предыдущей, нужно опровергнуть интуитивные представления о пространстве. Высота шеста окажется немногим более семи метров, что примерно равно высоте викторианского дома на две спальни и гораздо выше роста самого высокого жирафа в мире. На удивление высокий шест, не так ли?

Теорема Пифагора позволяет нам получить результат без особых усилий. Как показано на рисунке, шест и гирлянда образуют два прямоугольных треугольника.

Каждая сторона гирлянды – это гипотенуза, а поверхность земли и шест – катеты. Следовательно:

h² + 50² = 50,5²,

h² + 2500 = 2550,25.

Перегруппировав это уравнение, получаем:

h² = 2550,25 – 2550 = 50,25.

Таким образом, h = √50,25 = 7,1.

К тексту

29. НА ВЕЛОСИПЕД, ШЕРЛОК!

Для того чтобы узнать, в каком направлении движется велосипед, сначала необходимо определить, где след переднего колеса, а где – заднего. Согласно дедуктивному методу, дорогой Ватсон, нам нужно понять, как кривая отпечатка колеса определяет его положение.

Если след колеса представляет собой прямую линию, значит, это колесо находится на одной линии с направлением следа. Если же след имеет вид кривой, то колесо, оставившее его, находится на одной линии с касательной этой кривой в каждой точке следа. (Касательная – это прямая, соприкасающаяся с кривой только в одной точке.) Для того чтобы понять, что я имею в виду, посмотрите на показанный на рисунке след, который мог бы оставить одноколесный велосипед. В точках A, B и C колесо велосипеда расположено на одной линии с касательными, изображенными на рисунке.

Обычно у велосипеда два колеса. Переднее может двигаться в любом направлении, а у заднего нет такой свободы: оно всегда движется в том же направлении, что и переднее.

Следовательно, где бы ни было заднее колесо, переднее всегда находится впереди точно на одну длину велосипеда в направлении касательной. Другими словами, все касательные к следу заднего колеса должны пересекать след переднего колеса, причем все они должны делать это на расстоянии одной длины велосипеда.

Теперь взгляните на точку D, отмеченную на жирной линии на рисунке ниже. В ней касательная не пересекает ни один след, что позволяет нам сделать следующий вывод: точка D находится не на линии следа заднего колеса, а на линии следа переднего колеса.

И наконец, мы можем определить направление движения велосипеда. Мы знаем, какой след оставило заднее колесо, а также, исходя из вышесказанного, что точка, расположенная на расстоянии одной длины велосипеда по любой касательной на этом следе в направлении движения, и есть точка на линии следа переднего колеса. А значит, нам остается только пройти по отрезкам касательных в обоих направлениях от точек E и F и узнать, где они пересекаются со следом от переднего колеса. Длина отрезков, отложенных от точек E и F в левую сторону, одинакова, а отложенных вправо – нет. Поскольку во время путешествия расстояние между колесами не меняется, велосипед передвигался справа налево. Элементарно, Ватсон!

К тексту

30. НЕЧЕТКАЯ МАТЕМАТИКА

Я обожаю эту головоломку, потому что она иллюстрирует один любопытный феномен: верхняя часть колеса всегда движется быстрее, чем нижняя.

Когда колесо катится по горизонтальной поверхности, все точки на нем совершают движение в двух направлениях: перемещаются горизонтально, в направлении движения, и совершают вращательное движение вокруг центра колеса. Эти два направления движения совмещаются и в определенных случаях нейтрализуют друг друга. Рассмотрим такую точку. Когда она находится сверху (точка A на представленном рисунке), горизонтальное движение дополняет вращательное. Однако когда точка расположена внизу (точка B), вращательное движение направлено в сторону, противоположную горизонтальному, поэтому два движения нейтрализуют друг друга. С позиции наблюдателя точка в верхней части катящегося колеса всегда движется со скоростью, в два раза превышающей горизонтальную скорость колеса, а точка в нижней части колеса всегда неподвижна. Из этого следует, что точки в нижней части колеса перемещаются медленнее, чем в верхней.

Таким образом, ответ на вопрос, поставленный в задаче, – второе изображение, на котором у верхнего пятиугольника размытые очертания, а у нижнего четкие. Это возможно в случае, если выдержка фотоаппарата выставлена на достаточно короткое время, чтобы изображение медленно движущегося пятиугольника получилось четким, а быстро движущегося – расплывчатым. Художник, вероятно, сразу бы это понял, поскольку верхнюю часть движущихся колес всегда рисуют размытой.

К тексту

31. ХОЖДЕНИЕ ПО КРУГУ

Возможно, вы получили ответ 3 (вариант б) – именно такой ответ экзаменаторы считали правильным.

От учеников они ожидали следующего хода рассуждений. Если радиус круга А равен одной трети радиуса круга В, то длина окружности круга А составляет третью часть длины окружности круга В (так как длина окружности равна произведению 2π на радиус). Следовательно, в одном периметре круга В можно поместить три периметра круга А. Совершая один полный оборот, круг А проходит одну длину окружности. Таким образом, за три полных оборота он пройдет три длины окружности, что равно периметру круга В.

Ошибку экзаменаторов трудно обнаружить, если вы не изучали особенности перемещения круга вокруг других кругов. По всей вероятности, они тоже не изучали эту тему. Давайте сделаем это сейчас. Возьмите две одинаковые монеты и проведите одну вокруг другой. Длина окружности монет одинаковая, а значит, можно было бы ожидать (как указано в задании теста SAT[40]), что движущаяся монета совершит только один оборот, прежде чем вернется в исходную точку. Тем не менее голова королевы оборачивается дважды! Когда один круг вращается вокруг другого, необходимо прибавить дополнительное вращение с учетом того факта, что этот круг вращается вокруг себя и вокруг второго круга.

Если бы в тесте SAT спрашивалось, сколько раз круг А обернется вокруг своей оси, перемещаясь вдоль отрезка прямой, длина которого равна длине окружности круга В, то ответ был бы – три раза. Но если круг А перемещается вокруг круга В, то правильный ответ – четыре.

Верного решения не было среди возможных вариантов ответов, и это объясняет, почему почти никто не смог решить эту задачу правильно. Обнаружение ошибки повлекло за собой неприятные последствия для экзаменаторов: история появилась на страницах New York Times и Washington Post.

К тексту

32. ВОСЕМЬ ЧИСТЫХ ЛИСТОВ БУМАГИ

Под листом 1 может находиться только лист, расположенный в левом верхнем углу. А под листом в левом верхнем углу может лежать только лист, расположенный слоем ниже. И так далее по спирали против часовой стрелки.

К тексту

33. КВАДРАТ ИЗ ДВУХ ПОЛОВИНОК

К тексту

34. КРЫЛО И ЛИНЗА

Задача становится понятнее, если нарисовать полный круг. Разместите четыре одинаковых полукруга таким образом, чтобы получился большой круг с четырьмя пересекающимися кругами меньшего размера.

Если r – радиус большого круга, то площадь этого круга – πr².

Радиус кругов меньшего размера равен половине радиуса большого круга, а значит, площадь каждого малого круга составляет

Превосходно! Площадь малого круга равна четвертой части большого круга, следовательно, площадь четырех малых кругов равна площади большого круга. Эквивалентность площадей чрезвычайно полезна, поскольку на нашем рисунке изображены четыре малых круга.

Малые круги перекрывают друг друга. Чему равна общая площадь четырех пересекающихся кругов? Площади четырех малых кругов (πr²) за вычетом площади областей пересечения, то есть площади четырех линз.

1. Площадь пересекающихся кругов = πr² – площадь линз.

Мы также видим, что площадь пересекающихся кругов равна площади большого круга (πr²) за вычетом площади крыльев.

2. Площадь пересекающихся кругов = πr² – площадь крыльев.

Объединив оба уравнения, получим:

πr² – площадь линз = πr² – площадь крыльев.

Из этого следует, что площадь линз равна площади крыльев. Поскольку есть четыре крыла равного размера и четыре линзы равного размера, площадь одного крыла равна площади одной линзы.

К тексту

35. КРУГИ САНГАКУ

Идеальное совмещение кругов друг с другом на рисунке – не только то, что делает изображение столь привлекательным, но еще и ключ к решению головоломки, так как у нас есть возможность сравнивать радиусы кругов.

Обозначим круги в порядке возрастания размера символами A, B, C, D и E, а их радиусы – a, b, c, d и e. Наша задача – выразить d через a.

На первом рисунке я выделил жирным три отрезка. Вертикальный отрезок – это радиус круга D, обозначенного пунктиром, но этот же отрезок соответствует четырем радиусам круга A и трем радиусам круга B. Следовательно, мы можем записать такое уравнение:

[1] d = 4a + 3b.

Аналогично два других отрезка, радиусы круга E, также можно выразить через радиусы других кругов:

[2] e = 4a + 5b;

[3] e = b + 2c.

Хитрость заключается в том, чтобы понять (благодаря изображению ромба на втором рисунке), что:

[4] 4a + 2b = b + c.

Мы имеем четыре уравнения с пятью неизвестными. Поскольку нам нужно выразить d через a, избавимся от других членов уравнений.

Во-первых, мы можем исключить e, приравняв выражения [2] и [3]:

4a + 5b = b + 2c.

Следовательно,

4a + 4b = 2c, или

[5] 2a + 2b = c.

Подстановка c в уравнение [4] даст такой результат:

4a + 2b = b + 2a +2b, или

[6] 2a = b.

А подстановка в уравнение [1] дает:

d = 4a + 6a = 10a.

Это и есть ответ: радиус круга D в десять раз больше радиуса круга A.

К тексту

36. ТРЕУГОЛЬНИК САНГАКУ

Я обозначил круги разных размеров символами A, B и C, а их радиусы – a, b и c. Стратегия решения задачи заключается в том, чтобы сначала выразить радиус b через a, а затем c через b, что позволит нам доказать, что с = 2a.

На рисунке я обозначил пунктирной линией треугольник, длина гипотенузы которого равна b + a, поскольку она состоит из радиусов соответствующих кругов, а длина двух других сторон – b и 2b – a. Вторую длину можно вывести исходя из того, что эта сторона треугольника равна половине стороны квадрата, длина которой должна быть равна 4b, за вычетом радиуса круга A.

Теорема Пифагора гласит, что во всех прямоугольных треугольниках квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов, а значит:

(b + a)² = b² + (2b – a)².

Это уравнение можно представить в таком виде:

b² + 2ab + a² = b² + 4b² – 4ab + a².

Сократим его до:

6ab = 4b².

Затем сократим еще раз:

3a = 2b.

И наконец, получим решение:

Таким образом, мы выразили b через a.

Теперь посмотрим на верхний треугольник на рисунке. Я построил отрезки от центра круга до каждой из его сторон. Каждый отрезок образует со стороной треугольника прямой угол, а значит, этот треугольник состоит из квадрата b × b и двух фигур в форме воздушного змея. Длинная сторона воздушного змея, смотрящая влево, составляет 3b, поскольку она равна стороне большого квадрата минус радиус круга B. А исходя из того, что воздушные змеи симметричны, вторая сторона змея также должна быть 3b. Если обозначить символом x сторону воздушного змея, смотрящую направо, то с помощью теоремы Пифагора получим:

(3b + x)² = (b + x)² + (4b)².

Раскрыв скобки в уравнении, будем иметь:

9b² + 6bx + x² = b² + 2bx + x² + 16b².

Сокращение даст нам следующий результат:

4bx = 8b².

Отсюда следует:

x = 2b.

Вертикальная сторона верхнего треугольника равна x + b = 2b + b = 3b. Вертикальная сторона нижнего треугольника равна 4b. Учитывая, что эти два треугольника одинаковой формы (хотя и разных размеров), соотношение их сторон, равное  должно быть эквивалентно отношению радиусов кругов, вписанных в эти треугольники, равному b/c.

Если  то

Теперь у нас есть c, выраженное через b, и b, выраженное через a. Следовательно, c можно выразить через a в таком виде:

К тексту

37. ШАГАЯ ПО ТАТАМИ

К тексту

38. 15 ТАТАМИ

Представленная на рисунке схема укладки татами взята из 1641-го издания самого популярного в Японии учебника математики XVII столетия под названием Jinkoki («Дзинкоки» – «Большие и малые числа»).

К тексту

39. ТАТАМИ НОБА

К тексту

40. КОМНАТА С ЛЕСТНИЦАМИ в углах

Пол комнаты размером 6 × 6 метров с вырезанными углами нельзя устелить семнадцатью татами. Раскрасив квадраты подобно клеткам на шахматной доске (как показано ниже), вы поймете почему. Каждый мат татами должен покрыть как серый, так и белый квадрат. Следовательно, чтобы устелить пол комнаты татами, в ней должно быть равное количество серых и белых квадратов. Но в этой комнате два дополнительных белых квадрата, поэтому решить головоломку невозможно.

Как правило, в вариациях этой задачи используются костяшки домино и усеченная шахматная доска. Можно ли выложить костями домино размером в две шахматные клетки шахматную доску с вырезанными противоположными углами? Опять же ответ «нет» – по тем же причинам.

К тексту

41. КОМНАТА С ДВУМЯ ЛЕСТНИЦАМИ, РАСПОЛОЖЕННЫМИ В СЛУЧАЙНОМ ПОРЯДКЕ

Мы решим эту задачу с помощью оригинального метода, придуманного Ральфом Гомори, который в 1970-х годах был директором IBM по исследованиям и разработкам. Хотя Гомори решал вариант этой головоломки с костями домино и шахматной доской, наше доказательство будет аналогичным. Для начала нарисуйте путь, который проходит через каждый квадрат только один раз, как показано на рисунке. На втором рисунке я в произвольном порядке удалил один серый и один белый квадрат, чтобы разместить там лестницы, разделяющие этот путь на два сегмента. Каждый из сегментов должен покрывать четное количество квадратов, а значит, его можно выстелить татами. Этот аргумент верен для всех путей и любых вариантов выбора двух квадратов разных цветов.

К тексту

42. ГОЛОВОЛОМКА С ДЕРЕВЯННЫМИ БЛОКАМИ

Эту задачу предложил сингапурец Джозеф Йоу Бун Вуй, автор головоломки о дне рождения Шерил (задача 21), который впервые прочитал о ней в 1980-х годах. Самое очевидное решение показано на рисунке А. Это так называемое слуховое (мансардное) окно – вертикальное окно, врезанное в скат крыши (как любезно подсказали мне многие из архитекторов). Задача решается еще двумя способами: B и C.

К тексту

43. КАРТИНА НА СТЕНЕ

Эту головоломку можно решить с помощью физики (фу!) или – математики (класс!). Как и следовало ожидать, первое решение менее изящное, чем второе. Забейте два гвоздя в стену настолько близко, чтобы часть веревки была крепко зажата между ними. Сложите веревку в форме буквы W посредине так, чтобы направленный вверх кончик буквы W находился между гвоздями. Картина будет висеть, поскольку гвозди держат веревку в нужном месте. Однако если вынуть один из гвоздей, она упадет. Некрасиво, но вполне эффективно.

А вот более элегантное решение.

Впрочем, этот способ решения не один из моих любимых. Я надеялся, что вы используете для поиска ответа кольца Борромео, приняв во внимание мои прозрачные намеки на то, что эти кольца представляют собой математическую модель искомого решения. В случае удаления одного кольца два других разъединяются.

В этой головоломке три элемента – два гвоздя и веревка, и если удалить один из них, то все три тут же отделяются друг от друга. Трудность лишь в том, чтобы понять, как представить два гвоздя и веревку в виде колец Борромео, поскольку ни гвозди, ни веревка совсем на них не похожи.

Давайте еще раз поразмышляем о кольцах Борромео. Например, это могут быть круговые кольца или треугольники валькнута. Вообще-то кольца Борромео могут иметь любую форму, какую мы захотим им придать, если только они сцеплены одинаковым способом. Представьте, что каждый гвоздь – это часть жесткого кольца, которое начинается с кончика гвоздя, проходит через стену, затем поднимается вверх и возвращается в комнату, после чего замыкается в конце гвоздя. Теперь вообразите, что оба конца веревки соединяются, образуя гигантскую петлю по всей комнате. Если эти три «кольца» сцеплены тем же способом, что и кольца Борромео, то удаление одного гвоздя приведет к тому, что веревка перестанет опоясывать петлей второй гвоздь, – и задача решена.

Как же это сделать? Я сам изготовил набор колец Борромео с помощью двух пластиковых колец и веревки, как показано на рисунке ниже. Затем я разделил кольца, поместив их бок о бок (как показано на рисунке справа), как будто это гвозди на стене. Способ образования веревкой петли между кольцами представляет собой решение задачи; оно изображено на нижнем рисунке.

Обратите внимание: нас интересуют только те фрагменты каждого «кольца», которые изображены на этом рисунке, так как именно на нем показана связь между кольцами. Другие фрагменты «колец» – продолжение гвоздей, проходящее сквозь стену, или веревка, охватывающая всю комнату, – не имеют значения.

К тексту

44. ПРИМЕЧАТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО ДЛЯ САЛФЕТОК

Давайте закончим начатое. Поскольку высота кольца для салфеток составляет 6 сантиметров, ее половина равна 3 сантиметрам. Следовательно, высота купола h равна r – 3, как показано на рисунке поперечного сечения ниже.

Для поиска a (радиус цилиндра, подлежащего удалению) мы применим теорему Пифагора к прямоугольному треугольнику, изображенному пунктирной линией. Квадрат гипотенузы равен сумме квадратов двух других сторон, то есть r ² = a² + 3², а значит,

А теперь пора потрудиться. Мы уже нашли формулу объема кольца для салфеток: шар – цилиндр – 2 × купол.

Воспользовавшись ею, получим

Подставим в это выражение вместо a и h их значения, выраженные через r:

Раскрыв скобки, получим

Продолжим:

Осталось еще немного:

Простите за утомительную работу.

Почти готово!

Сокращаем члены выражения, содержащие r, и получаем 36π.

Ответ поражает воображение. Переменная r в нем отсутствует, а значит, в задаче размер шара вообще не имеет значения!

Все кольца для салфеток высотой 6 сантиметров имеют объем 36π. Кольцо для салфеток высотой 6 сантиметров, полученное путем высверливания отверстия в шаре размером с апельсин, имеет такой же объем, как и кольцо, сделанное из шара размером с пляжный мяч или даже с Луну.

Увеличивая радиус кольца, вы делаете его тоньше, при этом такие факторы, как увеличение радиуса и уменьшение толщины кольца, полностью компенсируют друг друга для шаров всех размеров. Этот факт просто взрывает мозг!

К тексту

45. НЕРАЗБЕРИХА С ПЛОЩАДЯМИ

Дополните рисунок с помощью пунктирных линий. Размер прямоугольника A и прямоугольника площадью 24 см² составляет 9 × 5 = 45 см², поэтому A = 45–24 = 21 см². При этом A + B = 5 × 8 = 40 см². Следовательно, B = 19 см².

Прямоугольник B имеет аналогичную ширину и площадь, что и расположенный под ним прямоугольник площадью 19 см². Следовательно, его высота такая же и он должен быть идентичен этому прямоугольнику. Стало быть, у прямоугольника A та же высота и ширина, что и у прямоугольника, площадь которого мы вычисляем, а соответственно, и его площадь. Ответ: 21 см².

К тексту

46. ПРЯМОУГОЛЬНИКИ

К тексту

47. КИТАЙСКАЯ СТЕНА

К тексту

48. АДСКИЙ ГОЛЬФ

К тексту

49. СВЕТ

К тексту

50. ТЕМНАЯ КОМНАТА

Существует много решений этой головоломки, и все они построены по одному принципу. Комната с минимальным количеством стен – это комната с шестью стенами, напоминающая сюрикэн («лезвие, скрытое в руке» – япон.) с тремя зубцами – метательное оружие японских воинов в форме звезды. Квадратная комната более реалистична с архитектурной точки зрения.

К тексту

10 УВЛЕКАТЕЛЬНЫХ ГОЛОВОЛОМОК УМНЕЕ ЛИ ВЫ 12-ЛЕТНЕГО РЕБЕНКА?

1. E.

К тексту

2. г) .

Эта задача решается несколькими способами. Например, можно привести все дроби к общему знаменателю 630. Так,  – это и т. д. Или записать их в десятичной форме. Поскольку значение этих дробей близко к , можно проанализировать значение каждой дроби минус . В исходном порядке эти значения расположены следующим образом: 0, и . Значит, в порядке возрастания дроби должны располагаться так: и .

К тексту

3. в) 3, д) 5.

Буква e уже встречается в предложении восемь раз, поэтому предложение будет верным, если на месте пробела поставить слова nine (9) и eleven (11).

К тексту

4. B.

В местах пересечения разорванная линия нарисована первой, а сплошная проведена поверх нее. Следовательно, нам нужно найти маршрут, на котором линия разрывается, проходя любое пересечение впервые, и не разрывается, когда проходит через соответствующее пересечение во второй раз. Этому условию удовлетворяет только маршрут, который начинается в точке B и направлен от точки D.

К тексту

5. в) 45 × 56.

Из предложенных вариантов выражения 23 × 34, 56 × 67 и 67 × 78 не делятся на 5, поэтому их можно исключить из рассмотрения. Кроме того, число 34 не делится на 4, а 45 – нечетное число, так что выражение 34 × 45 тоже можно исключить, поскольку оно не делится на 4. Единственный оставшийся вариант – 45 × 56. Если представить это выражение в виде простых чисел, получится 45 × 56 = 2³ × 3² × 5 × 7. Очевидно, что это число делится на все целые числа от 1 до 10 включительно, так как у нас есть простые числа 2, 3, 5 и 7, а остальные числа можно образовать из этой совокупности простых чисел: 4 = 2², 6 = 2 × 3, 8 = 2³ и 9 = 3².

К тексту

6. б) 2.

Если валет червей говорит правду, то лжет валет треф. Это означает, что валет бубен говорит правду, а валет пик лжет. С другой стороны, если валет червей лжет, то правду говорит валет треф; тогда лжет валет бубен, а валет пик говорит правду. В обоих случаях мы можем сказать, что два валета лгут, хотя нет возможности определить, кто именно.

К тексту

7. б) 3.

В каждом углу куба сходятся три грани, причем каждая пара граней имеет общее ребро. Следовательно, необходимо три разных цвета. Другие цвета не понадобятся при условии, что противоположные грани окрашены в такой же цвет, поскольку противоположные грани не имеют общих ребер.

К тексту

8. б) 100.

Если мой возраст сейчас – x, то возраст бабушки – 4 x. Пять лет назад 4 x – 5 = 5(x – 5). Сокращаем уравнение до x = 20. Следовательно, моей бабушке 80 лет, а мне 20 лет.

К тексту

9. б) –1.

Сначала сосредоточимся на младших (крайних правых) цифрах указанных чисел, то есть на 3, 5, 7 и 9, так как именно их нужно прибавить или вычесть, чтобы получить число, оканчивающееся на 0. Мы видим, что цифра 3 появляется первой, и это хорошо. Но если 3 + 7 = 10, то из 5 и 9 нельзя получить число, оканчивающееся на 0. Следовательно, мы должны выполнить операцию 3–7. И в нашем выражении перед числом 67 должен стоять знак минус. В таком случае 123 – 67 = 56. Далее нам необходимо получить недостающее число 44 из чисел 45 и 89. Единственный способ сделать это – из 89 вычесть 45. В итоге правильное выражение выглядит следующим образом: 123 – 45–67 + 89. В нем два знака минус и один знак плюс, а значит, p – m равно −1.

К тексту

10. a) 1:1.

Мы можем рассматривать эту схему укладки плитки как мозаику, составленную из фрагментов показанной ниже формы, а значит, искомое соотношение – 1:1.

К тексту

Глава 3. «Пернатая» математика. Практические задачи 52. СОТНЯ ПТИЦ

Как и в задаче о сотне кур, нам необходимо представить условия в виде двух уравнений: для птиц и для денег. Если количество уток, голубей и кур обозначить x, y и z, то получим:

[1] x + y + z = 100;

[2] 2 x + y/2 + z/3 = 100.

Сначала умножим уравнение [2] на 6, чтобы избавиться от дробей.

[3] 12 x + 3 y + 2 z = 600.

Кроме того, умножим уравнение [1] на 2, чтобы в нем было 2 z.

[4] 2 x + 2 y + 2 z = 200.

Теперь нам осталось только записать одно уравнение, сократив член 2 z. Преобразовав уравнение [3], получим 2 z = 600 – 12 x – 3 y, а подстановка этого выражения в уравнение [4] даст следующее:

2 x + 2 y + 600 – 12 x – 3 y = 200.

Это уравнение можно привести к такому виду:

[5] 10 x + y = 400.

Нам известно, что x y – целые числа меньше 100. Кроме того, мы можем сделать вывод в отношении y: значение этой переменной должно быть кратным 10. Поскольку 400 делится на 10, другая сторона уравнения 10 x + y тоже должна делиться на 10. Мы также знаем, что 10 x делится на 10, а значит, значение y также должно быть кратным 10, иначе 10 x + y не делилось бы на 10, а это противоречит тому, что нам известно.

Числа меньше 100, кратные 10, – это 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 и 90. Однако y не может иметь значение 70, 80 или 90, потому что тогда значение x было бы 33, 32 и 31, а сумма x и y превысила бы 100. Шесть искомых решений выглядят так: y = 10, 20, 30, 40, 50 и 60, что дает нам следующее распределение птиц:

К тексту

53. 7-ELEVEN

Нам необходимо найти цену четырех товаров, но из условия задачи мы знаем только сумму и произведение их цен.

Давайте запишем уравнения. Пусть цены товаров – a, b, c и d. Кассир говорит, что:

[1] a × b × c × d = abcd = 7,11;

[2] a + b + c + d = 7,11.

Согласно основной теореме арифметики, каждое целое число равно произведению уникального множества простых чисел. Эта теорема будет весьма полезна, но мы пока не можем ее применить, поскольку она касается целых чисел, а произведение [1] – дробное число. Наша задача – превратить уравнение [1] в уравнение с целыми числами, что мы сделаем посредством следующих подстановок.

Пусть A = 100 a, B = 100 b, C = 100 c и D = 100 d. Умножив эти значения, получим:

[3] A × B × C × D = ABCD = 100 000 000 abcd.

Но мы знаем, что abcd = 7,11. Значит:

[4] ABCD = 711 000 000.

Теперь у нас есть число, с которым мы можем работать. Основная теорема арифметики говорит нам, что произведение уникального набора простых множителей, то есть простых чисел, равно числу 711 000 000. Эти множители можно найти вручную или, что предпочтительнее, с помощью компьютера:

711 000 000 = 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 3 × 3 × 5 × 5 × 5 × 5 × 5 × 5 × 79.

Значит, ABCD = 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 3 × 3 × 5 × 5 × 5 × 5 × 5 × 5 × 79.

Таким образом, числа A, B, C, D состоят из простых чисел. Вопрос в том, как определить, произведение каких чисел дает значение A, произведение каких чисел равно значению B, произведение каких чисел образует C и произведение каких чисел равно D. Другими словами, как соотнести эти числа со значениями A, B, C, D?

Теперь вернемся к уравнению [2] и умножим его на 100, чтобы получить второе уравнение с A, B, C, D:

[5] 100a + 100b + 100c + 100d = A + B + C + D = 711.

То есть мы должны распределить приведенные выше простые числа между A, B, C и D так, чтобы их сумма составляла 711.

Плохо, что здесь нет короткого пути, – необходимо просто применить метод проб и ошибок. Предположим, например, что A = 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 = 64, B = 3 × 3 = 9, C = 5 × 5 × 5 × 5 × 5 × 5 = 15 625 и D = 79. В таком случае A + B + C + D = 15 777, а значит, мы сделали неправильный выбор.

Теперь решение задачи во многом зависит от удачи, но постепенно вы начнете понимать, какими именно должны быть значения A, B, C, D. Кроме того, вы можете сделать ряд предположений. У нас много пятерок, следовательно, два или три числа могут быть кратными пяти. В таком случае их сумма будет заканчиваться цифрой 0 или 5, а последнее число должно заканчиваться цифрой 6 или 1. Какое наименьшее кратное числа 79 заканчивается цифрой 6 или 1? Это 79 × 4 и, конечно же:

A = 79 × 2 × 2 = 316;

B = 5 × 5 × 5 = 125;

C = 5 × 3 × 2 × 2 × 2 = 120;

D = 5 × 5 × 3 × 2 = 150.

Таким образом, цены a, b, c, d – это 3,16; 1,25; 1,20; 1,50 фунта.

Красота этой головоломки не в довольно трудоемких операциях, выполненных методом проб и ошибок, а в том, как блестяще число 7,11 обеспечивает единственно возможное решение для каждой из четырех переменных.

К тексту

54. ТРИ КУВШИНА

Прочитайте решение задачи о бильярдном столе, описанное в разделе головоломки о трех кувшинах.

К тексту

55. ДВА ВЕДРА

Надеюсь, вы разобрались в задаче о бильярдном столе.

На первом рисунке показано, что произойдет, когда вы сделаете удар кием по шару в точке (7; 0), то есть сначала наполните ведро на 7 галлонов. Второй рисунок соответствует удару кием по шару из точки (0;5), то есть когда вы сначала наполните ведро на 5 галлонов. На первом рисунке шар совершает меньше отскоков, прежде чем попасть в бортик в точке с горизонтальной координатой 6, – так что это способ налить 6 галлонов воды за минимальное количество переливаний.

Координаты движения шара на первом рисунке, которые представляют количество галлонов в случае каждого переливания, таковы: (7; 0), (2; 5), (2; 0), (0; 2), (7; 2), (4; 5), (4; 0), (0; 4), (7; 4) и (6; 5). Следовательно, быстрее всего – налить 7 галлонов в первое ведро, оставив второе пустым, затем налить 5 галлонов во второе ведро, оставив в первом ведре 2 галлона, и так далее – до тех пор, пока в первом ведре не окажется 6 галлонов воды, а второе ведро не будет полным.

К тексту

56. ЗАДАЧА О КОФЕ С МОЛОКОМ

Предположим, в термосе 100 миллилитров кофе, а в чашке – 100 миллилитров молока. Допустим, мы налили 10 миллилитров кофе в молоко. Теперь в чашке с молоком 110 миллилитров.

Сейчас же прекратите!

Если взять произвольные значения, мы, конечно, сможем решить эту задачу, после того как все подсчитаем и обобщим полученный результат. Однако существует гораздо более быстрый и элегантный способ.

Во-первых, внесем ясность: смешивание двух жидкостей не меняет их химического состава. Общий объем кофе, как и молока, не изменится. В любом из сосудов та жидкость, что не является кофе, – это молоко, а та, что не является молоком, – кофе.

После двух переливаний жидкости в термосе остается столько же, сколько и в самом начале, просто теперь там есть определенный объем молекул кофе и определенный объем молекул молока. Куда же подевался недостающий объем кофе? Он остался в чашке, поскольку общий объем кофе не изменился. Таким образом, объем молока в термосе должен быть равен объему кофе в чашке. Размер термоса, чашки и количество жидкости, перелитой из одной емкости в другую, не имеют отношения к ответу.

Возможно, вам будет легче это понять на примере печенья и банок. В одной банке у нас шоколадное печенье, а в другой – кокосовое. Возьмите любое количество шоколадного печенья и положите его в банку с кокосовым. Затем достаньте из банки с кокосовым печеньем такое же количество печенья, которое теперь может быть разным, потому что печенье перемешалось, и положите его в банку с шоколадным печеньем.

Теперь в банке с шоколадным печеньем лежит шоколадное печенье и, возможно, немного кокосового. Однако очевидно, что кокосового печенья в этой банке столько же, сколько осталось шоколадного в банке с кокосовым печеньем.

К тексту

57. ВОДА И ВИНО

Переливая из одного кувшина в другой только полпинты жидкости, невозможно добиться того, чтобы в каждом кувшине была половина воды и половина вина. Такое возможно только в случае, если удастся перелить все содержимое одного кувшина в другой.

Не пытайтесь решить эту головоломку, как и предыдущую, с помощью чисел, так как сразу же увязнете в дробях. Рассуждайте лучше следующим образом. После того как вы выливаете содержимое кувшина с высоким содержанием вина в кувшин с низким содержанием вина, в первом кувшине по-прежнему остается больше вина, чем во втором, ведь концентрация вина в первом кувшине не меняется. Тогда как во втором кувшине содержание вина будет в пределах значений исходного содержания вина в обоих кувшинах.

Аналогично после того, как вы выливаете содержимое кувшина с низким содержанием вина в кувшин с высоким содержанием вина, в первом кувшине по-прежнему будет более низкое содержание вина, чем во втором. Содержание вина в первом кувшине остается неизменным, тогда как во втором будет варьироваться в пределах значений исходного содержания вина в обоих кувшинах.

Изначально содержание вина в одном кувшине составляет 100 процентов, а в другом – 0. Поскольку в начале решения задачи существует разность в содержании вина в кувшинах, а при каждом переливании (либо из кувшина с низким содержанием вина в кувшин с его высоким содержанием или наоборот) сохраняется хотя бы малая часть этой разности, значит, два кувшина не могут быть наполнены водой и вином в соотношении 50: 50.

К тексту

58. 15 МИНУТ СЛАВЫ

Здесь моментом озарения для вас станет осознание того, что песочные часы можно переворачивать раньше, чем песок полностью высыплется из одного сосуда в другой.

Сначала перевернем двое песочных часов, как описано в примере. Но на этот раз часы на 7 минут перевернем сразу же после того, как высыплется весь песок. К тому моменту, когда высыплется весь песок в часах, песок в часах на 7 минут будет высыпаться еще 4 минуты. Переверните их еще раз сразу же, как опустеют часы на 11 минут! Теперь понадобится еще 4 минуты, чтобы они опустели. После этого общее количество времени, прошедшего с самого начала, составит 15 минут.

К тексту

59. ПУТАНИЦА С ФИТИЛЯМИ

1. В задаче сказано, что, если разрезать фитиль пополам, это не дает гарантий, что любой из его фрагментов сгорит за полчаса. Следовательно, если вы отрежете четверть фитиля, то оставшаяся часть не обязательно сгорит за 45 минут. Для решения головоломки требуется нестандартный подход.

Если зажечь фитиль с одного конца, а через 30 минут погасить, то оставшийся фрагмент, какой бы ни была его длина, тоже сгорит за 30 минут. Если поджечь фитиль с обоих концов, он обязательно сгорит за 30 минут, даже если с одной стороны сгорит больше, чем с другой.

Стало быть, необходимо зажечь один фитиль с обоих концов, а другой – только с одного конца. Через 30 минут один фитиль сгорит полностью, а другому останется гореть еще 30 минут. В этот момент нужно поджечь другой конец второго фитиля. Зажженный с обоих концов, фитиль сгорит за 15 минут, то есть через 45 минут начиная с момента зажигания.

2. Если поджечь один фитиль с одного конца, он сгорит за 1 час. Если поджечь один фитиль с двух концов, он сгорит за полчаса. Если бы можно было зажечь один фитиль с трех концов, то он сгорел бы за треть часа, или за 20 минут, поскольку горение фитиля в трех местах означало бы, что он сгорит в три раза быстрее, чем в случае, если будет гореть с одной стороны.

Однако у фитиля не три, а два конца. Наверное, вам это известно. Тем не менее это препятствие можно обойти. Для этого нужно разрезать фитиль на две части и зажечь одну часть с двух сторон, а другую только с одной стороны. Теперь фитиль горит в трех местах, чего мы и добивались.

Нам требуется, чтобы фитиль всегда горел в трех местах, поэтому, как только одна часть фитиля полностью сгорит, разрежьте оставшийся фрагмент на две части и подожгите их так, чтобы у одной части горели два конца, а у другой только один. Продолжайте делать так до тех пор, пока оставшийся фрагмент фитиля не станет слишком маленьким, чтобы резать его на части. Фитиль будет непрерывно гореть в трех местах до тех пор, пока не сгорит почти полностью, а значит, он сгорит примерно за 20 минут.

К тексту

60. НЕПРАВИЛЬНАЯ МОНЕТА

Эту задачу впервые сформулировал (и решил) Джон фон Нейман, гениальный математик венгерского происхождения, внесший значительный вклад в каждую область науки, в которой работал, а также открывший некоторые новые научные области.

Орел или решка неправильной монеты не выпадают с вероятностью 50: 50. Тем не менее, если подбросить такую монету дважды, вероятность того, что выпадет орел, а затем решка, равна вероятности того, что сначала выпадет решка, а затем орел. (Формально говоря, если вероятность выпадения орла равна a, а вероятность выпадения решки – b, то вероятность выпадения орла, а затем решки равна a × b; вероятность выпадения решки, а затем орла – b × a, что эквивалентно a × b.) Таким образом, чтобы имитировать поведение правильной монеты с помощью неправильной, нужно обозначить вероятности либо «орел, затем решка» (ОР), либо «решка, затем орел» (РО) и подбросить монету дважды. И вы получите следующие варианты: ОР, РО, ОО или РР. В двух последних случаях, когда монета выпадет дважды одной стороной, проигнорируйте результат и снова подбросьте ее два раза. Остановитесь, если выпадет ОР или РО, но продолжайте подбрасывать в случае выпадения ОО или РР. Вероятность выпадения ОР или РО равна 50: 50, что имитирует результат подбрасывания правильной монеты.

К тексту

61. РАЗДЕЛИТЕ МУКУ

Взвешивание 1: высыпьте 1 килограмм муки в две чаши весов так, чтобы в каждой чаше было по 500 граммов.

Взвешивание 2: пересыпьте одну из горок муки весом 500 граммов в какую-то емкость, а оставшуюся часть разделите на две чаши, по 250 граммов в каждой.

Взвешивание 3: одну из горок муки весом 250 граммов тоже пересыпьте в емкость. Из другой продолжайте отбирать муку до тех пор, пока остаток не уравновесит две гири суммарным весом 50 граммов (10 и 40 граммов). У вас получится горка муки весом 200 граммов. Мука в емкости будет, соответственно, весить 800 граммов.

К тексту

62. ЗАДАЧА О ВЗВЕШИВАНИИ БАШЕ

Нам известно, что с помощью данного набора из шести гирь (1, 2, 4, 8, 16, 32) можно взвесить любое целое число килограммов от 1 до 63, если класть гири на одну чашу.

Требуется определить, как измерить вес от 1 до 40 килограммов с помощью меньшего количества гирь, при условии, что мы можем класть их на любую чашу. Начнем со взвешивания предметов весом от 1 килограмма и больше, используя минимальное количество гирь и добавляя новую гирю только тогда, когда не будет другого выхода; на каждом этапе это будет гиря с максимально возможным весом.

Обозначим две чаши весов символами А и Б. Для того чтобы уравновесить предмет весом 1 килограмм, расположенный на чаше А, необходимо поставить на чашу Б килограммовую гирю. Итак, наш набор килограммовых гирь состоит пока из одной гири.

Чтобы уравновесить предмет весом 2 килограмма на чаше А, нужно положить на чашу Б двухкилограммовую гирю. Однако есть и другой способ, который позволит нам использовать новую гирю с большим весом. Поскольку у нас уже есть гиря весом 1 килограмм, мы могли бы положить предмет весом 2 килограмма и килограммовую гирю на чаше А, уравновесив ее гирей на 3 килограмма на чаше Б.

Не существует других способов уравновесить 2 килограмма с помощью двух разных гирь, поэтому мы используем две гири весом 1 и 3 килограмма.

С помощью гирь на 1 и 3 килограмма мы можем взвесить предметы весом до 4 килограммов. Какая самая большая гиря позволит взвесить 5-килограммовый предмет на чаше А с использованием обеих чаш?

Если повторить описанную выше процедуру и разместить предмет весом 5 килограммов на чаше А со всеми гирями из нашего набора, то есть 1 + 3 = 4 килограмма, то для уравновешивания на чашу Б нам понадобится положить 9-килограммовую гирю.

Теперь мы располагаем гирями 1, 3 и 9 килограммов. С их помощью можно взвесить предметы весом до 13 килограммов. Какая самая большая гиря позволит нам взвесить 14-килограммовый предмет на чаше А, используя обе чаши?

Согласно представленной выше логической схеме, это будет гиря весом 14 + 13 = 27 килограммов.

Теперь наш комплект гирь: 1, 3, 9 и 27 килограммов. Так что далее можем взвесить предметы весом до 40 килограммов. Использование обеих чаш весов позволило нам сократить количество гирь в наборе с шести до четырех.

Возможно, вы заметили закономерность: если гири располагать на одной чаше весов, числа образуют последовательность, каждый очередной член которой в два раза больше предыдущего. Если гири можно класть на обе чаши, то каждый очередной член последовательности будет втрое больше предыдущего. Подобно тому как последовательность удваивающихся чисел соотносится с двоичной системой счисления, последовательность утраивающихся чисел соотносится с троичной системой счисления, то есть с троичными числами, в которых используются только 0, 1 и 2.

Например, число 1020 в троичной системе означает, что в разряде единиц ничего нет, в разряде тройки – 2, в разряде девяток ничего нет, а в разряде двадцати семи находится 1. Следовательно, 6 + 27 = 33, то есть число 1020 в троичной системе соответствует числу 33 в десятичной системе.

К тексту

63. ФАЛЬШИВАЯ МОНЕТА

Давайте пронумеруем монеты от 1 до 12.

Во время первого взвешивания нам нужно сравнить вес монет 1, 2, 3, 4 и 5, 6, 7, 8. Если чаши весов уравновешены, значит, фальшивая монета находится среди оставшихся – 9, 10, 11 и 12.

Возьмем три из этих монет и сравним их вес с любыми тремя уже взвешенными монетами, среди которых, как нам известно, фальшивых нет. Предположим, это монеты 1, 2, 3 и 9, 10, 11.

Если чаши весов находятся в равновесии, значит, фальшивая монета – 12. А чтобы определить, легче или тяжелее она остальных, во время третьего, последнего взвешивания необходимо сравнить ее вес с весом любой другой монеты.

В случае если чаши весов не уравновешены, фальшивой монетой будет 9, 10 или 11. А легче она или тяжелее остальных, зависит от того, поднялась ли чаша весов с монетами 9, 10 и 11 или опустилась. Теперь возьмем любую из монет 9, 10, 11 и сравним вес двух из них, отложив третью монету в сторону (так же как мы сделали с девятью монетами в задаче Баше о взвешивании). В случае равновесия чаш весов оставшаяся монета – фальшивая. Если нам известно, что фальшивая монета легче, то она будет лежать в поднятой чаше. Если нам известно, что фальшивая монета тяжелее, то она лежит в опущенной чаше.

Решение несколько усложняется, если после первого взвешивания монет 1, 2, 3, 4 и 5, 6, 7, 8 весы не уравновешены.

Представьте себе, что чаша весов с монетами 1, 2, 3, 4 ниже чаши с монетами 5, 6, 7, 8.

Следовательно, 9, 10, 11 и 12 – не фальшивые монеты.

Для второго взвешивания возьмем одну из правильных монет (например, монету 9) и поместим ее на чашу весов вместе с двумя монетами из той чаши, которая опустилась при первом взвешивании (скажем, вместе с монетами 1 и 2). Две оставшиеся монеты из опустившейся чаши (монеты 3 и 4) положим на другую чашу вместе с одной монетой из поднявшейся чаши (скажем, с монетой 5). Монеты с номерами 6, 7 и 8 не участвуют во взвешивании.

Вот три возможных итога второго взвешивания:

Вариант А. Весы уравновешены. Значит, фальшивая монета – это 6, 7 или 8. При третьем взвешивании сравните вес монет 6 и 7. Если весы уравновешены, фальшивой монетой будет 8, причем она легче остальных, поскольку чаша весов с ней поднялась при первом взвешивании. Если чаша весов с монетой 6 поднимется, то это и есть фальшивка, а если опустится, то наша правонарушительница – монета 7.

Вариант В. Левая чаша поднимается. В таком случае фальшивая монета должна быть среди монет 1, 2, 3, 4 и 5, а значит, мы можем исключить 6, 7 и 8 из рассмотрения.

Если одна из монет 1, 2, 3, 4 фальшивая, она должна быть тяжелее остальных, поскольку чаша весов с монетами 1, 2, 3, 4 опустилась при первом взвешивании. Следовательно, фальшивой должна быть либо монета 3, либо монета 4. Сравните их вес при третьем взвешивании.

Вариант С. Правая чаша поднимается. Как и в варианте В, фальшивой должна быть одна из этих пяти монет, поэтому мы можем исключить из рассмотрения монеты 6, 7 и 8. И, как и в варианте В, если одна из монет 1, 2, 3, 4 фальшивая, она должна быть тяжелее остальных, потому что чаша весов с монетами 1, 2, 3, 4 опустилась при первом взвешивании. Следовательно, фальшивой может быть монета 1 или 2.

Но остается еще одна возможность. Поскольку чаша весов с монетами 5, 6, 7 и 8 поднялась при первом взвешивании, монета 5 могла бы быть фальшивой и более легкой.

Таким образом, во время последнего взвешивания необходимо сравнить вес монет 1 и 2. Фальшивой будет та, которая лежит в опустившейся чаше, поскольку если чаши весов уравновешены, то правонарушительница – монета 5.

Если после первого взвешивания чаша весов с монетами 1, 2, 3, 4 окажется выше чаши с монетами 5, 6, 7, 8, следует повторить описанные выше действия, поменяв местами монеты 1, 2, 3, 4 и 5, 6, 7, 8.

К тексту

64. СТОПКА ФАЛЬШИВЫХ МОНЕТ

Разумеется, одно взвешивание!

Положите на весы одну монету из первой стопки, две из второй, три из третьей, четыре из четвертой и так далее до тех пор, пока не выложите десять монет из последней стопки. На весах будет 1 + 2 + 3 + 4 + … + 10 = 55 монет.

Поскольку вам известен вес одной монеты, то вы знаете и общий вес 55 монет. Разность в граммах между весом на весах и весом 55 монет – и есть номер стопки с фальшивыми монетами. Если эта разность составляет 1 грамм, на весах всего одна фальшивая монета и лежит она в первой стопке; если разность составляет 2 грамма, то на весах две фальшивые монеты, а стопка с фальшивыми монетами – вторая, и т. д.

К тексту

65. ИЗ ГАВРА В НЬЮ-ЙОРК

Впервые узнав об этой головоломке, я сразу же подумал, что ответ – 7; такой же ответ дали и те выдающиеся французские математики, которым эту задачу задал Эдуард Люка.

Путь через океан занимает семь дней. Следовательно, семь лайнеров, которые вы встретите на своем пути, отправятся из Нью-Йорка сегодня, завтра и в следующие дни до тех пор, пока не отправится лайнер в день накануне вашего прибытия.

Но это неправильный ответ! А как же те лайнеры, что отправились из Нью-Йорка на прошлой неделе? Они плывут сейчас в открытом море, и вы, конечно, тоже встретите их. Правильный ответ: в момент отплытия из Гавра вы встретите первый лайнер в порту (этот корабль, отправившийся из Нью-Йорка неделю назад, прибудет в полдень), еще 13 лайнеров в открытом море и последний корабль в Нью-Йорке, откуда он отправится в тот момент, когда вы туда прибудете в полдень через неделю. Все это хорошо видно на рисунке.

Если все океанские лайнеры перемещаются с постоянной скоростью, вы будете встречать один лайнер каждые 12 часов – один раз в полдень (по времени Гавра) и один раз в полночь.

К тексту

66. ПОЛЕТ ТУДА И ОБРАТНО

Допустим, ветер дует в направлении движения самолета из пункта А в пункт Б и против движения самолета на обратном пути.

Создается впечатление, что ускорение попутного ветра и сопротивление встречного должны уравновесить друг друга, поскольку скорость, которую придает самолету попутный ветер в одном направлении, нейтрализует ветер на обратном пути. Если скорость ветра равна W, то скорость самолета на пути из пункта А в пункт Б увеличивается на W, а на обратном пути снижается на W.

Однако здесь важна не скорость, а продолжительность полета. Времени, сэкономленного за счет более быстрого полета, меньше, чем времени, потерянного из-за сопротивления ветру, потому что с более низкой скоростью самолет летит дольше.

Мы можем понять это, подставив несколько чисел. Самолет, летящий со скоростью 500 миль в час, пролетает 500 миль за один час. Если он преодолевает то же расстояние со скоростью, на 100 миль в час большей, ему понадобится на 10 минут меньше времени. (Время = расстояние ÷ скорость. Следовательно, если расстояние составляет 500 миль, а скорость – 600 миль в час, то есть 10 миль в минуту, то продолжительность полета в минутах составит 500 ÷ 10 = 50 минут.)

Если скорость самолета на 100 миль в час меньше, то его полет будет на 15 минут дольше. (Если расстояние 500 миль, а скорость 400 миль в час, то продолжительность путешествия в часах равна 500 ÷ 400 = 1,25, или один час с четвертью.)

Таким образом, полет на расстояние 500 миль туда и обратно при скорости ветра 100 миль в час занял бы в целом на пять минут больше времени, чем при полном отсутствии ветра.

Однако даже без всех этих вычислений представьте, что произошло бы, если бы скорость ветра была равна скорости самолета. Самолет преодолел бы путь из пункта А в пункт Б за половину времени. Но на обратном пути его скорость равнялась бы нулю, и он даже не оторвался бы от взлетной полосы!

Конечно, это крайний случай, но он показывает закономерность. Повышая скорость на определенную величину, вы не сможете сэкономить больше времени, чем время полета, а вот снижая скорость на такую величину, можете потерять целую жизнь. Таким образом, если ветер дует в направлении движения самолета, то полет в два конца займет больше времени, чем при полном отсутствии ветра.

А что же боковой ветер? Он может дуть как по курсу движения самолета (или против него), так и перпендикулярно его движению. Поскольку мы знаем, что в первом случае продолжительность маршрута в оба конца увеличивается, что мы можем сказать о втором сценарии? Для того чтобы пролететь по прямой из пункта А в пункт Б при боковом ветре, дующем перпендикулярно, пилоту необходимо вести самолет под углом к направлению ветра, а значит, часть скорости будет потрачена на преодоление ветра, а не на перемещение из пункта А в пункт Б. Так что путешествие туда и обратно тоже займет больше времени.

Лучший сценарий для полета в оба конца – полное отсутствие ветра.

К тексту

67. ЗАДАЧА О ПРОБЕГЕ АВТОМОБИЛЯ

Прежде всего нужно понять, что первые четыре цифры одометра станут одинаковыми после того, как автомобиль проедет тысячу миль, а счетчик пробега за одну поездку обнулится. К этому моменту он проделает 876,6 мили, которые мы получим, вычислив разность 1000 – 123,4, и приборная панель будет выглядеть так:

Еще через 130 миль станут одинаковыми первые две цифры.

А еще через 3,0 мили мы получим искомый ответ.

Первые четыре цифры снова одинаковые, при этом автомобиль проехал 1010,1 мили.

К тексту

68. ОБГОН

Головоломки такого рода несложные, но именно из-за кажущейся легкости ленивый мозг не анализирует их достаточно тщательно.

1. Обогнав человека, бегущего вторым, вы оказываетесь на втором месте.

2. Обогнать последнего бегуна невозможно, поскольку, если бы за ним кто-то бежал, он не был бы последним.

К тексту

69. СТИЛИ БЕГА

Еще одна замечательная головоломка, противоречащая здравому смыслу, поскольку кажется невозможным, чтобы Дафни, которая пробегает каждую милю за 8 минут 1 секунду, победила Констанс, пробегающую каждую милю за 8 минут. Однако Дафни, конечно же, может это сделать, иначе не было бы задачи.

Как бы парадоксально это ни звучало, бегун, который медленнее преодолевает каждую милю, может найти способ пробежать быстрее дистанцию 26,2 мили. Давайте проанализируем, как Дафни бежит марафон. Она бежит не с постоянной скоростью, но при этом преодолевает каждую милю за одинаковое время. Как ей это удается?

Посмотрите на рисунок, на котором отображена скорость передвижения бегуна на протяжении всего забега. На нем вы видите стратегию, в соответствии с которой первый участок а каждой мили преодолевается с высокой скоростью, а оставшаяся часть мили – с постоянной низкой скоростью. При использовании этой стратегии на каждой миле забега бегун преодолевает общую дистанцию не с постоянной скоростью, однако каждый отрезок длиной в милю будет пройден за одно и то же время. Это объясняется тем, что, какую бы милю мы ни взяли, часть а этой мили преодолевается с высокой скоростью, а остаток – с низкой.

При условии, что Дафни будет использовать в марафоне такую стратегию, попробуем максимально адаптировать ее к нуждам бегуньи. Дистанция забега – 26,2 мили. Поскольку Дафни проигрывает Констанс по одной секунде на каждой полной миле, на отметке 26 миль она проиграет 26 секунд. Следовательно, нашей бегунье необходимо наверстать их на оставшемся участке длиной 0,2 мили.

Предположим, стратегия Дафни – бежать с высокой скоростью первые 0,2 каждой мили и с низкой скоростью оставшуюся часть. Теперь нам необходимо говорить скорее о времени, а не о скорости. Пусть Дафни пробегает первые 0,2 мили за x секунд, а оставшиеся 0,8 мили за y секунд. Следовательно, она пробегает каждую милю за x + y секунд.

В формулировке задачи сказано, что Дафни пробегает каждую милю за 8 минут 1 секунду, то есть за 481 секунду. Получаем следующее уравнение:

[1] x + y = 481

Констанс пробегает каждую милю за 8 минут, а весь марафон преодолевает за 26, 2 × 8 × 60 секунд, или 12 576 секунд.

Допустим, Дафни выиграет марафон, опередив соперницу всего на одну секунду, то есть пробежит его за 12 575 секунд. Поскольку она пробегает первые 0,2 мили дистанции длиной в одну милю 27 раз, а 0,8 мили только 26 раз, мы получаем следующее уравнение:

[2] 27 x + 26 y = 12 575.

Мы без труда можем решить эту систему уравнений. Из уравнения [1] получаем y = 481 – x. Подставим это значение y в уравнение [2]. После сокращения его членов остается x = 69 секунд и y = 412 секунд. Следовательно, если Дафни будет быстро пробегать 0,2 каждой мили за 69 секунд, а затем преодолевать оставшиеся 0,8 мили за 412 секунд, на каждой миле она будет проигрывать, но в самом конце опередит Констанс на одну секунду.

К тексту

70. ВЯЛЫЙ КАРТОФЕЛЬ

Ответ – 50 килограммов. Картофель теряет половину веса! В этой задаче интересно то, что столь большая потеря в весе кажется противоречащей здравому смыслу.

Вычисления, которые позволят нам получить правильный ответ, достаточно просты. Вода составляет 99 процентов картофеля. Назовем оставшийся 1 процент картофельным экстрактом.

Вес картофеля – 100 килограммов, и он состоит из 1 килограмма картофельного экстракта и 99 килограммов воды. Соотношение экстракта и воды – 1: 99. После испарения на воду приходится только 98 процентов веса картофеля, значит, соотношение меняется на 2: 98, и это то же самое, что 1: 49. Поскольку вес картофельного экстракта по-прежнему равен 1 килограмму, количество воды должно сократиться до 49 килограммов, а значит, общий вес картофеля составит 1 + 49 = 50 килограммов[41].

Проценты, как правило, трудны для понимания, а наша задача намеренно сформулирована так, чтобы изменение казалось совсем незначительным, с 99 до 98 процентов, что соответствует сокращению на . Однако на самом деле произошло изменение с 1 до 2 процентов, то есть в два раза.

Во многих случаях анализировать проценты легче, если представить себе нечто реальное. Давайте сформулируем задачу следующим образом. В помещении находится 1 женщина и 99 мужчин. После того как какое-то количество мужчин выйдет, женщин останется уже не 1, а 2 процента от находящихся в помещении людей. Сколько человек останется? Ответ: в два раза меньше, чем было, то есть 50 человек.

К тексту

71. ПЛАН ЗАРАБОТНОЙ ПЛАТЫ

Вы можете угадать ответ на этот вопрос. План Б выглядит намного лучше, а значит, он, конечно же, должен быть хуже.

План А. Начальная заработная плата составляет 10 тысяч фунтов в год. Каждые полгода заработная плата за шесть месяцев повышается на 500 фунтов. Получается, первые шесть месяцев вы получаете 5000 фунтов, после чего зарплата увеличивается на 500 фунтов на следующие полгода, по истечении которых она снова повышается на 500 фунтов и т. д. Вот что происходит на протяжении первых двух лет.

План Б. Начальная заработная плата снова составляет 10 тысяч фунтов в год, но повышение происходит только в конце года. Заработная плата за первый год равна 10 тысячам фунтов, стало быть, план Б уже менее интересен, чем план А. Крупное повышение заработной платы на 2000 фунтов прибавляется к заработной плате следующего года, и в конце второго года она составит 12 000 фунтов.

Итак, план А по-прежнему лидирует; то же самое будет происходить и на протяжении всех последующих лет. Суммарный эффект более мелких, чаще повторяющихся повышений превосходит крупное повышение один раз в год.

К тексту

72. ДЕЛЕНИЕ ТРОСТИ

При условии случайного выбора места деления трости на две части любая точка на ней может быть выбрана с равной вероятностью.

В половине случаев эта точка будет находиться на левой половине трости и в половине на правой. (Мы можем исключить из рассмотрения случай, когда она находится посредине, поскольку тогда трость будет поделена на две равные части и, соответственно, меньшей части не будет.)

Что, если трость распилена с левой стороны? Меньшая ее часть будет находиться слева, и этот отрезок попадет в пределы от ноля до половины длины трости. В действительности, так как все точки на меньшем отрезке трости можно выбрать в качестве точки деления с равной вероятностью, длина меньшей части будет в среднем составлять половину длины половины трости, то есть четверть всей ее длины. Если точка деления попадает на правую половину трости, рассуждать следует аналогично. Следовательно, длина наименьшего отрезка трости – в среднем четверть ее общей длины.

К тексту

73. РУКОПОЖАТИЯ

На званом ужине присутствуют десять человек: Эдвард, Люси и четыре супружеские пары. Следовательно, каждый может пожать руки максимум девяти человекам – всем, кроме себя самого.

Однако в задаче сказано, что никто не пожимает руку знакомому человеку. Можно предположить, что каждый гость знает своего супруга (супругу), а значит, максимальное количество людей, которым один человек может пожать руки, равно восьми.

Эдвард получил девять разных ответов: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8.

Рассмотрим ответ того, кто назвал число 8. Этот человек пожал руки всем, кроме своего супруга (супруги). Следовательно, каждый человек, за исключением его супруга (супруги), пожал руку как минимум одному человеку. Соответственно, тот, кто назвал число 0, должен быть в паре с тем, кто назвал число 8.

Аналогичным образом проанализируем ответ «7». Этот человек пожал руки всем, кроме своего супруга (супруги) и человека, назвавшего число 0. Значит, все остальные пожали руки как минимум двоим: тому, кто назвал число 8, и тому, кто дал ответ 7. Получается, супруг (супруга) человека, назвавшего число 7, должен был дать ответ 1.

Продолжив рассуждать подобным образом, мы придем к выводу, что третья пара состоит из 6 и 2, а четвертая – из 5 и 3. Осталась только Люси, а она пожала руки четверым.

К тексту

74. РУКОПОЖАТИЯ И ПОЦЕЛУИ

Начнем с рукопожатий. Все мужчины пожимают друг другу руки. Следовательно, если только один гость – мужчина, то будет всего одно рукопожатие – между ним и Эдвардом. Если среди гостей двое мужчин, будет три рукопожатия: между самими мужчинами из числа гостей, а также между Эдвардом и каждым гостем. А если на ужине четверо гостей мужского пола, рукопожатий будет шесть. Предоставляю вам самим разобраться, кто обменяется рукопожатиями в этом случае.

Итак, нам известно, что три гостя – мужчины.

Женщины целуют всех, кроме своих супругов. Мы знаем, что три гостя – мужчины, значит, у нас уже есть три поцелуя: между Люси и каждым из этих мужчин. Всего двенадцать поцелуев. На скольких гостей пришлись оставшиеся девять поцелуев?

Рассмотрим одну новую гостью – Анну. Если она не замужем, то поцелует Эдварда, Люси и троих мужчин (всего пять поцелуев), если в браке с одним из мужчин, то поцелует только четырех человек. Мы все еще весьма далеки от девяти поцелуев, поэтому подключим еще одну гостью – Беатрис.

Если Беатрис поцелует всех, она поцелует шесть человек. Но если она замужем, поцелуев будет только пять. Могут ли поцелуи Анны и Беатрис дать в сумме девять поцелуев? Да, если обе женщины состоят в браке, поскольку тогда мы насчитаем четыре и пять поцелуев. Мы нашли решение. На ужине присутствовало пять гостей: две пары и один холостяк.

К тексту

75. ПОТЕРЯННЫЙ БИЛЕТ

Эта головоломка не такая сложная, как кажется. Решение не требует никаких вычислений или уравнений. Единственная трудность – в выборе подхода, но как только вы его найдете, он окажется изящным и простым.

Итак, 100 человек занимают свои места в театральном зале. Проанализируем ситуацию. Чтобы не запутаться, назовем первого человека в очереди A, а последнего Z. Таким образом, мы можем сформулировать вопрос: какова вероятность того, что Z займет свое место, если A сядет на место, выбранное случайным образом?

На рисунке все места расположены в ряд и обозначены буквами от A до Z, то есть место A… место Z.

Допустим, посетитель A занял либо место A, либо место Z. Если он сядет на место A, все остальные посетители театра также займут правильные места, в том числе и Z. (Так и было бы, если бы A не потерял билет.)

Если же A займет место Z, то, очевидно, Z не займет свое место, поскольку его уже занял A. В этом случае Z сядет на место A.

В задаче сказано, что посетитель A выбирает место случайным образом, а значит, он с равной вероятностью может занять как место A, так и место Z. Если ограничиться в ходе рассуждений только этими двумя местами, то Z займет свое место с вероятностью 50: 50.

А что, если A займет любое другое место. Предположим, место посетителя N, который занимает n-е место в очереди.

Если A сидит на месте N, то все люди, которые стоят в очереди до N, займут места, указанные в их билетах. Первым, кто не сядет на свое место, будет N, поскольку его место уже занял A. В итоге N выберет одно из оставшихся мест.

Теперь N может расположиться на месте A и местах тех, кто стоит в очереди после него, в том числе Z. Следовательно, N займет либо место A (в таком случае Z в итоге сядет на правильное место), либо место Z (в этом случае Z не сядет на свое место). Или же N сядет на место M, где M – зритель, который стоит в очереди после N, но раньше Z.

Если ограничиться размышлениями о том, займет ли N место A или Z, шансы в обоих случаях равны, а значит, Z займет свое место с вероятностью 50 процентов. А что, если N сядет на место M?

Когда наступит очередь посетителя M занять свое место, он столкнется с таким же выбором, что и N: у него есть равные шансы занять либо место A, либо место Z или шанс занять место того посетителя театра, который еще должен войти в зал. Если M займет место еще не вошедшего посетителя, сценарий повторится.

На каждом этапе любой зритель выберет либо место A, либо место Z с равной вероятностью. А если этот зритель выберет чье-то место, то решение о выборе между A и Z откладывается до следующего, кто войдет в зал. В конечном счете мы переберем всех, и кому-то придется сесть либо на место A, либо на место Z.

У любого посетителя театра, вынужденного сесть на случайное место, всегда равные шансы выбрать место A или место Z. В случае выбора места A посетитель Z займет свое место, а при выборе места Z – не свое. Таким образом, вероятность того, что Z сядет на свое место, составляет 50 %.

К тексту

10 УВЛЕКАТЕЛЬНЫХ ГОЛОВОЛОМОК ХОРОШО ЛИ ВЫ ЗНАЕТЕ ГЕОГРАФИЮ?

1. Рим.

К тексту

2. Мэн, поскольку североатлантическое побережье США простирается на восток дальше, чем кажется.

К тексту

3. Глазго, Плимут, Эдинбург, Ливерпуль, Манчестер.

К тексту

4. Париж, Сиэтл, Галифакс, Алжир, Токио.

К тексту

5. Остров Пасхи, Перт, Кейптаун, Буэнос-Айрес, Монтевидео.

К тексту

6. Германия. У этой страны девять соседей (по часовой стрелке): Дания, Польша, Чехия, Австрия, Швейцария, Франция, Люксембург, Бельгия, Нидерланды.

К тексту

7. В порядке возрастания численности населения: Фолклендские острова, Шетландские острова, остров Мэн, Джерси, остров Уайт.

К тексту

8. Канада.

К тексту

9. Интересно, что один часовой пояс задекларирован в Китае, хотя протяженность этой страны с востока на запад составляет 4828 километров, причем это расстояние больше, чем расстояние от Лондона до Москвы.

К тексту

10. Аконкагуа – 6962 метра; Мак-Кинли – 6194 метра; Килиманджаро – 5892 метра; Эльбрус – 5642 метра.

К тексту

Глава 4. Мне нужна ваша помощь, чтобы посадить 9 деревьев. Задачи с предметами 76. 6 МОНЕТ

Сначала выложите монеты в форме параллелограмма, как показано на рисунке. Каждое перемещение обозначено стрелкой.

К тексту

77. ПРЕВРАЩЕНИЕ ТРЕУГОЛЬНИКА В ЛИНИЮ

К тексту

78. ВОДНАЯ ГОЛОВОЛОМКА

К тексту

79. 5 ПЕННИ

Решение Дьюдени состояло в том, чтобы положить одну монету горизонтально на стол, а затем еще две монеты разместить горизонтально сверху. И еще две монеты расположить так, чтобы они касались друг друга вверху и трех других монет внизу. Сделать это трудно, но возможно! В книге «Токийские головоломки» Кобон Фуджимура говорит, что один из его читателей прислал вариант решения, в котором только одна монета стоит на ребре.

К тексту

80. ПОСАДИТЕ 10 ДЕРЕВЬЕВ

Решение начинается с двух линий, на которых расположено по пять монет; а нужно выстроить пять линий по четыре монеты в каждой.

Вы можете менять положение только четырех монет. Пожалуй, стоит взять одну монету из одной линии с пятью монетами, что дает нам первую линию с четырьмя монетами, а оставшиеся три – из другой линии с пятью монетами.

На рисунке вы видите, что можно выстроить четыре новые линии по четыре монеты, соединив каждую монету на первой линии с четырьмя монетами с одной из двух расположенных напротив монет. В этом решении я переместил среднюю монету из верхнего ряда и три средних монеты из нижнего ряда. Вообще-то я мог бы переместить любую монету из верхнего (или нижнего) ряда и любые три монеты из нижнего (или верхнего) ряда. Вот еще два возможных решения.

Так сколько возможных вариантов решений? Существует пять способов выбрать одну монету из ряда с пятью монетами, а также десять способов выбрать три монеты из ряда с пятью монетами, следовательно, есть 5 × 10 = 50 способов выбрать одну монету из верхней линии и три из нижней, что дает нам 50 решений. К этому можем добавить еще 50 решений в случае выбора одной монеты из нижней линии и трех монет из верхней, что дает нам всего 100 решений.

Я принимаю этот ответ. Однако я дал бы вам дополнительные баллы, если бы вы поняли, что каждое из этих ста решений можно выполнить 24 способами, поскольку четыре передвинутые монеты можно расположить 24 возможными способами. Например, посмотрите на первое решение, представленное на рисунке выше, где перемещенные монеты расположены в форме ромба. Если обозначить монеты символами A, B, C и D и начать их передвигать, скажем, с верхней позиции по часовой стрелке, то получим в первом случае монеты, расположенные в порядке ABDC, во втором – ACBD и т. д.; всего 24 комбинации A, B, C и D.

Итак, общее количество решений – 100 × 24 = 2400.

На рисунке ниже изображены схемы посадки деревьев Дьюдени с десятью деревьями в пяти рядах по четыре дерева.

К тексту

81. БОРЬБА ЗА ПРОСТРАНСТВО

Игрок, который ходит первым, стопроцентно выиграет, если применит следующую стратегию.

Первый игрок кладет первую монету в самом центре стола, а во всех последующих ходах кладет монету на место, противоположное тому положению, в которое помещает монету второй игрок. Таким образом, как показано на рисунке, если второй игрок кладет монету на место A, то первый – на место A′. Точно так же, если второй игрок кладет монету на место B или C, первый занимает место B′ или C′.

Поскольку в начале игры стол пуст, то где бы второй игрок ни положил монету, у первого всегда есть возможность положить монету на противоположную позицию. Следовательно, первый игрок не может проиграть, и в конечном счете на столе не останется свободного места для монет второго игрока.

Если вы хотите поиграть в такую игру не с монетами, а с сигарами, вам необходимо будет поставить самую первую сигару на кончик. Вы не можете ее положить, поскольку ее концы неодинаковые – один плоский, а другой конусообразный. (Наверное, теперь вы благодарны мне за то, что я заменил сигары монетами. Вряд ли кто-нибудь в наше время способен понять, что такое вращательная асимметрия сигар, – даже завсегдатаи лондонских клубов.)

Если первый игрок положит сигару посредине стола, как показано на рисунке ниже, а второй поместит свою сигару на место D, в непосредственной близости от конусообразного конца, то первый игрок не сможет занять место D′, противоположное D, не касаясь центральной сигары. В случае с монетами такой проблемы не существует.

К тексту

82. ГОЛОВОЛОМКА ТЭЙТА

Оригинальная головоломка Тэйта решается следующим образом.

А решение головоломки с пятью монетами выглядит так:

К тексту

83. 4 СТОПКИ МОНЕТ

Переместите монеты, как показано на рисунке, по порядку. Двойные монеты – это стопки по две монеты.

К тексту

84. ЛЯГУШКИ И ЖАБЫ

К тексту

85. ТРЕУГОЛЬНЫЙ СОЛИТЕР

Уберите монету в позиции 2 так, как мы делали это ранее. Интересно, что первый и последний ходы будут такими же, что и в решении из шести ходов. Хитрость состоит в том, чтобы не выполнять все шаги на третьем ходе.

1. Переместить 7 на 2.

2. Переместить 1 на 4.

3. Переместить 9 на 7, а затем на 2.

4. Переместить 6 на 4, затем на 1, а затем на 6.

5. Переместить 10 на 3.

К тексту

86. МОНЕТЫ В ТЕМНОТЕ

Если один из зрителей говорит вам, что x монет лежат орлом вверх, вы сможете разделить их на две группы с одинаковым количеством орлов, выбрав любые x монет и перевернув их на другую сторону.

Например, вам сказали, что среди монет на столе три орла. Ваша стратегия – выбрать любые три монеты, которые будут в одной группе, и перевернуть их; это и будет столько орлов, сколько есть среди оставшихся монет. Ваш выбор будет правильным, сколько бы орлов ни было среди трех монет, выбранных вами.

То же самое происходит и при условии наличия пяти орлов. Выберите любые пять монет в одной группе и переверните их – у вас столько же орлов, сколько и среди оставшихся монет. Как и прежде, ваш выбор будет правильным, сколько бы орлов ни было среди пяти монет, которые вы выбрали.

Обратите внимание: невозможно узнать, сколько орлов в группе монет, которые вы переворачиваете, но ведь вы и не обещали назвать их количество. Все, что вы можете с уверенностью утверждать, – это что в каждой группе одинаковое количество орлов. Поразительно простое решение для такой изумительной головоломки.

Попробуйте применить этот метод несколько раз в случае, скажем, когда три монеты лежат орлом вверх. Теперь выбирайте много разных комбинаций из трех монет и переворачивайте их. Вы начнете понимать, почему этот способ работает.

Однако чтобы доказать это, понадобится немного знания алгебры.

Предположим, вам говорят, что среди десяти монет x орлов. Выберите любые x монет и назовите их группой А. Если все эти монеты – орлы, то все оставшиеся монеты (группа Б) – решки. Таким образом, если вы перевернете все монеты группы А, они будут лежать вверх решками, значит, в обеих группах одинаковое количество орлов, равное нулю.

Предположим, в группе А нет орлов. Стало быть, все x орлов находятся в группе Б. Если перевернуть все монеты в группе А, в ней снова будет x орлов, а значит, опять в обеих группах одинаковое количество орлов, равное x.

Теперь давайте проанализируем случай, когда в группе А некоторые монеты – орлы, а некоторые – решки. Если в группе А y решек, то в ней (x – y) орлов, а в группе Б должно быть y орлов. Следовательно, если перевернуть все монеты в группе А, в ней будет (x – y) решек и y орлов, что равно количеству орлов в группе Б.

Этот фокус работает для любого количества монет, а не только для десяти. Если вам известно общее количество орлов, вы можете разделить монеты на две группы, которые содержат одинаковое количество орлов, выбрав количество монет, равное количеству орлов, и перевернув их.

К тексту

87. СОТНЯ МОНЕТ

Решение этой головоломки основано на том, что сотня монет обозначается четным числом.

Пронумеруйте монеты от 1 до 100. Если первый ход делает Пенни, она может собрать либо все нечетные, либо все четные монеты. Например, если Пенни нужны все нечетные монеты, она начнет с монеты 1. Боб выберет либо монету 2, либо монету 100, но какую бы монету он ни взял, нечетный номер достанется Пенни. Когда она возьмет эту монету, Боб сможет выбирать только между четными монетами с двух концов ряда, а значит, ему снова придется взять четную. Разделение, при котором Пенни берет только нечетные монеты, а Боб – только четные, продолжится до тех пор, пока на столе не останется монет.

Аналогично, если Пенни нужны четные монеты, она возьмет первой монету 100. Боб выберет либо 1, либо 99, оставив четную монету для Пенни, и т. д.

Таким образом, стратегия Пенни заключается в том, чтобы определить общую сумму всех нечетных и всех четных монет, а затем выбрать четные либо нечетные монеты в зависимости от величины их суммы. Если общая сумма нечетных монет отличается от суммы четных, Пенни гарантированно выиграет. Если же общая сумма нечетных монет равна общей сумме четных, Пенни соберет столько же монет, сколько и Боб, какие бы монеты она ни выбрала.

Невероятный и на первый взгляд парадоксальный результат этой игры состоит в том, что если добавить в ряд еще одну монету, то есть всего 101, то, по всей вероятности, преимущество перейдет к Бобу, хотя он соберет меньше монет! Как только Пенни выберет первую монету, в ряду останется 100 монет, и Боб будет делать то же, что раньше делала Пенни: подсчитает общую сумму всех нечетных монет и общую сумму всех четных монет, а затем выберет чет или нечет в зависимости от того, какая общая сумма больше. Боб может проиграть только в случае, если разность между общей суммой нечетных и четных монет меньше номинала первой монеты, выбранной Пенни.

Именно четность или нечетность ряда монет, а не их номинал или общее количество в ряду играет решающую роль в победе. Поразительный факт!

К тексту

88. ОСВОБОДИТЕ МОНЕТУ

С помощью второй спички зажгите ту спичку, которая находится между стаканами, и сразу же потушите ее. Спичка прилипнет к правому стакану, а вы сможете поднять левый стакан и достать монету.

К тексту

89. ОТСЕЧЕНИЕ ТРЕУГОЛЬНИКОВ

К тексту

90. ТРЕУГОЛЬНИК – И СНОВА ТРЕУГОЛЬНИК

К тексту

91. УВЕЛИЧЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ТРЕУГОЛЬНИКОВ

К тексту

92. СОПРИКАСАЮЩИЕСЯ СПИЧКИ

К тексту

93. СОЕДИНЕНИЕ ТОЧЕК

К тексту

94. ДВЕ ОГРАДЫ

К тексту

95. СКЛАДЫВАНИЕ МАРОК

Для того чтобы расположить марки в последовательности 1, 5, 6, 4, 8, 7, 3, 2, выполните следующие действия.

Шаг 1. Сложите марки так, чтобы оборотная сторона марки 6 соприкасалась с оборотной стороной марки 7. Держите марки 6 и 7 вместе, зажав их с лицевой стороны указательным и большим пальцами.

Шаг 2. Другой рукой положите марку 4 лицевой стороной на лицевую сторону марки 8. Держите марки 4 и 8 вместе указательным и большим пальцами.

Шаг 3. Наклоните марки 4 и 8 и задвиньте их между марками 6 и 7. Теперь марки 6, 4, 8 и 7 расположены в нужной последовательности.

Шаг 4. Выпрямите полоску марок 1, 2, 5 и 6. Положите марку 5 лицевой стороной на лицевую сторону марки 6 – и задача решена.

Дьюдени писал: «Добиться того, чтобы марки расположились в последовательности 1, 3, 7, 5, 6, 8, 4, 2, труднее, и она вполне могла быть упущена, если бы не убеждение в том, что в силу [открытого мной] закона это возможно сделать».

Шаг 1. Сложите блок марок пополам по центральной горизонтальной линии таким образом, чтобы лицевые стороны марок 1, 2, 3 и 4 были видны спереди, а марок 5, 6, 7 и 8 – с обратной стороны.

Шаг 2. Положите марку 5 лицевой стороной на лицевую сторону марки 6.

Шаг 3. Одной рукой держите марки так, чтобы большой палец находился на марке 1, а указательный на марке 2. Второй рукой держите другой конец блока марок, в котором марка 8 повернута лицевой стороной, а марка 4 оборотной. Теперь самое трудное: нужно протиснуть конец блока 8/4 между марками 1 и 5, а затем повернуть его вокруг так, чтобы конец блока 8/4 прошел между марками 6 и 2, оставив только марки 3 и 7 между марками 1 и 5. Задача решена!

К тексту

96. 4 МАРКИ

Четыре марки можно оторвать от блока следующими способами:

Вы должны внимательно подсчитывать количество фигур, учитывая при этом все возможные варианты ориентации и вращения.

Фигуру A можно составить шестью способами.

Фигуру B можно построить четырьмя способами так, как показано выше, и тремя способами при повороте на угол 90 градусов. Если повернуть ее на 180 градусов вокруг вертикальной оси так, чтобы фигура вроде буквы Z превратилась в фигуру наподобие буквы S, то получим еще четыре способа. Кроме того, еще три способа можно получить, повернув на 90 градусов фигуру, напоминающую букву S. Всего – 14 способов.

Фигуру C можно составить четырьмя способами так, как показано выше, тремя способами в случае поворота на 90 градусов, четырьмя способами при повороте на 180 градусов и еще тремя способами при повороте на 270 градусов, что дает в сумме 14 способов. Повернув фигуру C на 180 градусов вокруг вертикальной оси так же, как и фигуру B, получим еще 14 способов. Всего выходит 28 способов.

Фигуру D можно составить четырьмя способами так, как показано выше, тремя способами в случае поворота на 90 градусов, четырьмя способами при повороте на 180 градусов и еще тремя способами при повороте на 270 градусов, что дает в сумме 14 способов.

Фигуру E можно получить только тремя способами.

Итак, общее количетво 6 + 14 + 28 + 14 + 3 = 65 способов.

К тексту

97. РАЗБИТАЯ ШАХМАТНАЯ ДОСКА

К тексту

98. СКЛАДЫВАНИЕ КУБА

Согнув лист бумаги после четвертого и шестого квадратов, вы без труда получите куб.

К тексту

99. НЕВОЗМОЖНАЯ КОСА

Эта головоломка решается по-разному. Самый быстрый способ подразумевает скручивание и пропускание полос через самих себя – подобно тому, как скауты делают зажимы. Однако я не буду показывать здесь этот способ, поскольку вы, скорее всего, догадались, как это делается. Если вам интересно, поищите решение в интернете.

В этой головоломке мне по-настоящему нравится то, что косу можно сплести, если руководствоваться общими принципами. Самый легкий способ решения настолько прост, что после того как вы его найдете, задача тут же перестанет быть головоломкой. Для этого достаточно следовать инструкциям.

Надо полагать, все умеют заплетать косу. Нужно провести левую прядь над центральной, затем правую над центральной, затем снова левую и т. д. На рисунке полоса 1 накрывает полосу 2, затем полоса 3 накладывается на полосу 1, которая теперь находится в центре. Далее полоса 2 (слева) накладывается на полосу 3 (в центре) и т. д.

Я уже говорил, что пряди в косе переплетаются шесть раз. Это подсказка. Давайте забудем на минуту, что три полосы соединены у верхних и нижних концов. Начните заплетать косу сверху. Наложите полосу 1 на полосу 2, затем полосу 3 на полосу 1 и сделайте еще четыре переплетения, пока не получите все шесть. (Это достаточно кропотливая работа, поэтому я рекомендую использовать пластиковую полосу, так как бумага может порваться.) Зажав шестое переплетение большим и указательным пальцами, вы получите нечто напоминающее причудливо скрученный узел, как показано на рисунке ниже.

Этот узел получился в результате того, что при каждом переплетении полос в верхней части в нижней происходило их безобразное скручивание. После шести переплетений то, что получилось слева от большого пальца, представляет собой схему нашего решения, а то, что справа, – просто ком пластика.

Что же делать дальше? Попытайтесь распутать свободной рукой тот бесформенный ком, который образовался с правой стороны. Если пропустить правый конец несколько раз через себя, полосы полностью распутаются. Поправьте косу так, чтобы «пряди» были сплетены равномерно. В конечном счете невозможная коса все же возможна.

Хотя это решение не очень изящное, но оно работает. Порой решение задачи сводится к выполнению самого простого действия. В задаче сказано сплести косу – так делайте это!

К тексту

10 УВЛЕКАТЕЛЬНЫХ ГОЛОВОЛОМОК УМНЕЕ ЛИ ВЫ 13-ЛЕТНЕГО РЕБЕНКА?

1. б) 1.

Все эти утверждения противоречат друг другу, а значит, истинным может быть не более чем одно из них. А если одно из утверждений истинно, то оно должно быть вторым, поскольку это действительно так.

К тексту

2. а) равносторонний треугольник.

Если эта фигура – треугольник, то две из его сторон должны быть смежными сторонами квадрата, один из углов которого будет составлять 90 градусов. Следовательно, равносторонний треугольник, у которого все углы составляют 60 градусов, не может образоваться при наложении двух квадратов. На рисунке показано, какие фигуры могут получиться при разных способах наложения двух одинаковых квадратов.

К тексту

3. г) 88² + 33² = 8833

Проанализируем цифры разряда единиц с каждой стороны уравнения, так как именно они скажут нам, какое уравнение правильное. Цифра разряда единиц 44² + 77² – 5, поскольку цифра разряда единиц 4² – 6, а цифра разряда единиц 7² – 9. Цифра разряда единиц 55² + 66² и 66² + 55² – 1, а цифра разряда единиц 99² + 22² – 5. Следовательно, все эти утверждения ложные. И наконец, нам необходимо проверить, действительно ли 88² + 33² = 7744 + 1089 = 8833.

К тексту

4. г) 13.

Очевидно, что как минимум два переключателя должны быть в положении «включен». Два переключателя в положении «включен» и три переключателя в положении «выключен» можно установить только одним способом: выключен, включен, выключен, включен, выключен. Три переключателя в положении «включен» и два переключателя в положении «выключен» можно расположить шестью разными способами. Четыре переключателя в положении «включен» и один переключатель в положении «выключен» могут быть установлены пятью разными способами. И наконец, пять переключателей в положении «включен» могут располагаться одним способом. Итого 1 + 6 + 5 + 1 = 13 способов.

К тексту

5. д) 42.

Рассмотрим столбец тысяч. Буквами обозначены разные цифры. Поскольку S = 3, M может быть 0, 1 или 2. Мы можем исключить 0 и 1, так как S должно отличаться от М только на 1 перенос из предыдущего разряда. Следовательно, M = 2 при условии переноса 1 из столбца сотен. A = 9, потому что только при этом значении можно перенести 1 в следующий разряд, если из разряда десятков также был сделан перенос 1. Таким образом, U должно обозначать 0. В столбце десятков N должно обозначать 8 с переносом 1; это не может быть 9, поскольку эта цифра уже использовалась. Остается O + Y = 13. Пары чисел, которые подходят для O и Y, – это 4 и 9 (или наоборот), 5 и 8 (или наоборот), а также 6 и 7 (или наоборот). Однако 8 и 9 уже использовались, так что это должен быть последний вариант: 6 × 7 = 7 × 6 = 42.

К тексту

6. г) 3.

Это происходит только в случаях, когда показания на часах меняются с 09:59:59 на 10:00:00; с 19:59:59 на 20:00:00 и с 23:59:59 на 00:00:00.

К тексту

7. г) 216.

Первые шесть положительных кубов – это 1, 8, 27, 64, 125 и 216. Очевидно, что 64 не может быть суммой трех положительных кубов, поскольку сумма всех положительных кубов меньших 64 равна 1 + 8 + 27 = 36. Аналогичным образом 125 не может быть суммой трех положительных кубов, поскольку максимальная сумма любых трех положительных кубов меньших 125 равна 8 + 27 + 64 = 99. Однако 27 + 64 + 125 = 216, а значит, 216 – это и есть наименьший куб, представляющий собой сумму трех положительных кубов.

К тексту

8. в) 13-й.

Если первые три члена последовательности – это −3, 0, 2, то четвертый член – это −3 + 0 + 2 = −1. Следовательно, пятый член – 0 + 2–1 = 1 и т. д. Первые тринадцать членов этой последовательности: –3, 0, 2, –1, 1, 2, 2, 5, 9, 16, 30, 55, 101…

К тексту

9. в) 320.

Для того чтобы пронумеровать страницы с 1-й по 9-ю, нам понадобится 9 цифр; для нумерации страниц с 10-й по 99-ю необходимо 180 цифр. Таким образом, для нумерации страниц до начала трехзначных чисел (со страницы 100) потребуется 189 цифр. Остается 663 цифры, на которые приходится еще 221 страница. Следовательно, в книге 9 + 90 + 221 = 320 страниц.

К тексту

10. б) 18.

Представьте, что этот крест состоит из трех горизонтальных уровней. На первом расположен куб, который был приклеен к верхней грани исходного куба. На втором находится исходный куб и четыре дополнительных куба, приклеенных к его боковым граням. Третий уровень содержит только куб, приклеенный к нижней грани исходного куба. При добавлении желтых кубов один куб приклеивается к верхней грани голубого куба на первом уровне и четыре куба – к его боковым граням. Восемь желтых кубов будут приклеены к голубым кубам на втором уровне. А к единственному голубому кубу на третьем уровне будут приклеены пять желтых кубов, как и в кубе на первом уровне. Следовательно, всего потребуется 18 желтых кубов.

К тексту

Глава 5. Игры с числами. Задачи для сторонников чистоты жанра 101. ЗЕРКАЛО, ЗЕРКАЛО

Эти суммы одинаковые! Такой вывод кажется довольно неожиданным, пока вы не проанализируете вычисления по столбцам. Может, даже целесообразно произнести это вслух. Первый столбец суммы слева содержит одну девятку, или 1 × 9; первый столбец суммы справа содержит девять единиц, или 9 × 1. Второй столбец суммы слева содержит две восьмерки, или 2 × 8; второй столбец суммы справа содержит восемь двоек, или 8 × 2. И так далее. Цифры в каждом столбце дают в сумме одно и то же число, а значит, общие суммы одинаковы.

К тексту

102. ИНТЕЛЛЕКТ КАК У ГАУССА

Если бы нам требовалось записать все эти числа в столбик, как при сложении, то надо было бы знать, что при использовании подхода Гаусса каждый столбец, соответствующий разряду единиц, десятков, сотен и тысяч, содержит одни и те же цифры – единицы, двойки, тройки и четверки, хотя порядок цифр в каждом столбце будет разным. Подсчитать сумму цифр в каждом столбце не составит труда: (6 × 1) + (6 × 2) + (6 × 3) + (6 × 4) = 6 + 12 + 18 + 24 = 60. Следовательно, общая сумма равна:

К тексту

103. СУММА ЧИСЕЛ В ТАБЛИЦЕ

Возможно, вы решили эту задачу одним из двух способов. Я буду называть первый способ методом Алкуина, поскольку он похож на тот, каким ученый образовал пары чисел при вычислении суммы чисел от 1 до 100, а второй способ – методом Гаусса.

Метод Алкуина. Сложите числа попарно по диагонали, от верхней левой до нижней правой ячейки таблицы. При этом получите: (1 + 19) = 20, (2 + 18) = 20, (3 + 17) = 20 и так далее до пары (9 + 11) = 20. Всего существует одна пара первого типа, две пары второго типа, три пары третьего типа и т. д. Следовательно, сумма этих пар равна 20 + (2 × 20) + (3 × 20) + … + (9 × 20), или (1 + 2 + 3 + … + 9) × 20, что равно 45 × 20 = 900. К этому числу следует прибавить десять десяток, расположенных по диагонали, которые мы еще не включили. Таким образом, общая сумма составит 900 + 100 = 1000.

Метод Гаусса. Сумма чисел первой строки равна (1 + 10) + (2 + 9) + … + (5 + 6) = 5 × 11 = 55. Каждое число во второй строке на единицу больше соответствующего числа в первой строке, стало быть, сумма чисел второй строки равна сумме чисел первой строки плюс 10. Сумма чисел третьей строки равна сумме чисел второй строки плюс 10, то есть сумме чисел первой строки плюс 20. Следовательно, сумма чисел во всей таблице равна

55 + (55 + 10) + (55 + 20) + … + (55 + 90).

Что дает:

(10 ×55) + (10 + 20 + 30 + … + 90)

или

550 + 10(1 + 2 + 3 + … + 9) = 550 + (10 × 45) = 550 + 450 = 1000.

К тексту

104. ЦИФРЫ В КВАДРАТАХ

9 – 5 = 4

×

6 ÷ 3 = 2

=

1 + 7 = 8.

К тексту

105. УРАВНЕНИЯ-ПРИЗРАКИ

27 × 3 = 81.

6 × 9 = 54.

К тексту

106. ЧИСЛА В КРУГАХ

Сумма чисел в каждом круге равна 11.

Сумма чисел в каждом круге равна 13.

Сумма чисел в каждом круге равна 14.

К тексту

107. ЧЕТЫРЕ ЧЕТВЕРКИ

Существует много вариантов приведенных ниже решений.

От 2 до 9:

От 10 до 20:

От 21 до 30:

От 31 до 40:

От 41 до 50:

(Выражаю благодарность сайту mathforum.org, где я позаимствовал эти решения.)

К тексту

108. ЗАДАЧА КОЛУМБА[42]

Дроби прекрасно сокращаются, поскольку

К тексту

109. ТРОЙКИ И ВОСЬМЕРКИ

К тексту

110. ДЕТСКАЯ ИГРА

Если в условиях задачи сказано, что дети способны решить ее быстрее взрослых, то это говорит о том, что для ее решения не требуется знания математики, нужно лишь распознать простые визуальные закономерности. Увидев список чисел, взрослые автоматически начинают размышлять в категориях чисел. Однако в данной головоломке числа – всего лишь фигуры, не имеющие никакого математического смысла. Подсчитайте количество петель в каждом из четырехзначных чисел: полученное количество и есть число справа от знака равенства. У символа 8 две петли, у 0 одна, у 9 одна, а значит, число 8809 содержит шесть петель. Следовательно, число 2581 имеет 2 петли.

К тексту

111. ЗАДАЧА 1: СЛЕДУЙТЕ ЗА СТРЕЛКОЙ

Надеюсь, вы не слишком долго думали. Здесь действует простая закономерность. Каждое очередное число можно получить, умножив две цифры предыдущего числа:

7 × 7 = 49; 4 × 9 = 36; 3 × 6 = 18.

Таким образом, следующее число – 1 × 8 = 8.

К тексту

112. ЗАДАЧА 2: СЛЕДУЙТЕ ЗА СТРЕЛКОЙ

Здесь закономерность состоит в следующем: нужно возвести каждую цифру числа в квадрат и сложить результаты:

4² = 15; 1² + 6² = 37; 3² + 7² = 58.

И так далее, пока не будет обнаружено, что отсутствующее число – 20, поскольку 4² + 2² = 20 и 2² + 0² = 4.

Я довольно долго изучал фрагмент 4 → 16, прежде чем понял, что здесь требуется возведение в квадрат. На следующем этапе необходимо было понять, как возведение в квадрат может привести от 16 к 37. А затем все пошло своим чередом.

К тексту

113. ЗАДАЧА 3: СЛЕДУЙТЕ ЗА СТРЕЛКОЙ

Эта головоломка покажется по-настоящему сложной, если вы еще не встречались с подобными задачами. Кажется, что здесь нет никакой арифметической закономерности. Однако если произносить слова, обозначающие эти числа, то можно заметить, что слова становятся все длиннее:

Ten (10)

Nine (9)

Sixty (60)

Ninety (90)

Seventy (70)

Sixty-six (66)

Если записать эти слова, закономерность становится очевидной. В первом числе списка три буквы, во втором четыре, в третьем пять, а в остальных шесть, семь и восемь соответственно. Числа приведены в порядке возрастания длины слова, которым обозначается число, причем у каждого нового члена последовательности на одну букву больше.

Таким образом, следующий член последовательности должен состоять из девяти букв. Однако многие слова, обозначающие числа, состоят из девяти букв, например: forty-four (44), fifty-five (55), sixty-nine (66), ninety-six (96).

Вернемся к списку и проанализируем его еще раз. Числа со словами из трех букв – one (1), two (2), six (6) и ten (10). Числа со словами из четырех букв – four (4), five (5) и nine (9).

Каждое число в данной последовательности – это самое большое число с соответствующим количеством букв. Мы можем убедиться в этом, проверив другие числа в списке. Самое большое число с девятью буквами – ninety-six (96), а значит, это и есть ответ.

Ну, не совсем. Число

10000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000, или – это googol (гугол), а в этом слове шесть букв. Если прибавить к этому числу еще один ноль, получится число ten googol (десять гуголов), а здесь девять букв. Вот это лучший ответ!

Понимаете, почему эту задачу, как утверждают некоторые, часто просят решить в Google потенциальных кандидатов?

К тексту

114. СЛОВАРНЫЙ УГОЛОК

В словаре один квадриллион чисел. Все числа должны начинаться с одного из слов one (1), two (2), three (3), four (4), five (5), six (6), seven (7), eight (8), nine (9), ten (10), eleven (11), twelve (12), thirteen (13), fourteen (14), fifteen (15), sixteen (16), seventeen (17), eighteen (18), nineteen (19), twenty (20), thirty (30), fourty (40), fifty (50), sixty (60), seventy (70), eighty (80) или ninety (90). Следовательно, номер первой словарной статьи должен начинаться с цифры 8.

Аналогичные рассуждения позволяют сделать вывод, что номер последней словарной статьи должен начинаться с цифры 2, поскольку из всех перечисленных выше слов two – последнее по алфавиту. Однако это неправильный ответ, так как числа, начинающиеся с 2, но не являющиеся этим числом, будут расположены в словаре после числа 2. Существуют такие варианты для следующего обозначения искомого числа: trillion (1 000 000 000 000), billion (1 000 000 000), million (1 000 000), thousand (1000) и hundred (100). Слово trillion (1 000 000 000 000) последнее по алфавиту, а значит, первые два слова искомого числа – two trillion (2 000 000 000 000). Следующее слово в этом числе также должно быть two. Далее идут слова thousand (1000), two (2), hundred (100), two (2). Ответ – 2 000 000 002 202.

Первая нечетная словарная статья должна начинаться с 8, но, очевидно, это не 8, поскольку число четное. Варианты для следующего слова, обозначающего искомое число, – снова trillion (1 000 000 000 000), billion (1 000 000 000), million (1 000 000), thousand (1000) и hundred (100); ближе всего к началу алфавита находится слово billion (1 000 000 000). Следующие пять букв должны быть eight, а значит, возможны только такие варианты: eighteen (18), eighty (80), eight million (8 000 000), eight thousand (8000) или eight hundred (800). Побеждает eighteen (18). Продолжив, получим: million (1 000 000), eighteen (18), thousand (1000), eight (8), hundred (100), eighty (80). На этот момент наше число – 801 801 888 х, где х – последняя цифра. Число нечетное, значит, мы должны выбрать один из вариантов one (1), three (3), five (5), seven (7) и nine (90). Побеждает five (5).

Следовательно, ответ – 8 018 018 885.

Для того чтобы определить последнюю словарную статью, соответствующую нечетному числу, необходимо проделать то же самое. В итоге будет получено число 2 000 000 002 203.

ЗАДАЧА В ПРИДАЧУ: SEND MORE MONEY

Мы получили следующий результат:

Если в разряде тысяч есть перенос, то 1 + 9 + 1 = 1O (где О – заглавная буква «о»). Однако в этом случае О = 1, что невозможно, поскольку М = 1. Следовательно, в разряде тысяч нет переноса, а значит, О = 0.

Это нам только на пользу, потому что путаница между нолем и буквой «о» только мешает! Однако должен быть перенос в разряде сотен, так как в противном случае E + 0 = N, а значит, E = N, что невозможно, ввиду того что две буквы не могут быть обозначены одним и тем же числом. Теперь сумма выглядит так:

Я прибавил также х там, где должен быть перенос в столбце десятков. Если перенос есть, то х = 1, иначе х = 0. Я прибавил х, потому что это позволяет записать следующие три уравнения, соответствующие оставшимся столбцам.

Столбец сотен: E + 1 = N.

Столбец десятков: + N + R = 10 + E (10 представляет перенос).

Столбец единиц: D + E = Y + 10 х.

Если х = 0, то, подставив E + 1 вместо N во втором уравнении, получим:

E + 1 + R = 10 + E, что можно упростить до R = 9.

Этот результат невозможен, поскольку S = 9. Следовательно, х = 1, что дает нам три уравнения:

E + 1 = N

N + R = 9 + E

D + E = Y + 10

Подставив E + 1 вместо N во втором уравнении, получим E +1 + R = 9 + E и упростим выражение до R = 8.

У нас остается:

E + 1 = N

D + E = Y + 10

Цифры 0 и 1 уже использовались, значит, Y должно быть равным 2 или больше. Следовательно, D + E ≥ 12. Поскольку 9 и 8 уже задействованы, единственно возможные цифры для D и E – либо 6 и 7 (или наоборот), либо 5 и 7 (или наоборот).

Предположим, что это 6 и 7. E – это или 6, или 7. Но мы пришли к противоречию, так как E + 1 = N, а значит, N тоже равно 7, а разные буквы, по условиям задачи, не могут обозначаться одной цифрой. С другой стороны, если E = 7, то уравнение E + 1 = N говорит нам о том, что N = 8, но 8 уже занято буквой R.

Таким образом, D и E – это либо 5 и 7, либо 7 и 5.

Но E не может быть равным 7 по той же причине, что и выше, иначе это означало бы, что N = 8, а это невозможно. Получается, D = 7, E = 5, Y = 2 и N = 6.

К тексту

115. ТРИ ВЕДЬМЫ

Шаг 1. Буква T должна обозначать 1, поскольку сумма двух шестизначных чисел равна семизначному числу, которое начинается с 1. (Здесь мы можем не принимать во внимание роль четырехзначного числа, так как оно не может превратить общую сумму в семизначное число, начинающееся с цифры 2 или больше. Учитывая, что каждая буква представляет отдельную цифру, максимальное значение для DOUBLE + DOUBLE + TOIL – 987 543 + 987 543 + 6824 = 1 981 910.)

Шаг 2. Решение головоломок из разряда альфаметики требует повышенного внимания к переносу чисел. В каждом столбце может быть цифра 1, перенесенная из столбца справа. А при сложении в каждом столбце может получиться цифра 1, которую следует перенести в столбец слева.

Рассмотрим столбец, соответствующий разряду тысяч. Нам нужно сложить U + U + 1 (вместе с возможным переносом из суммы в столбце сотен), а ответ должен равняться числу, в котором есть буква U в столбце единиц.

Методом исключения можно сделать вывод, что буква U может обозначать только 8, если есть перенос, поскольку 8 + 8 + 1 + 1 = 18, или 9 – если переноса нет, так как 9 + 9 + 1 = 19. В обоих случаях 1 переносится в столбец 10 тысяч.

Шаг 3. Теперь проанализируем столбец 10 тысяч. Мы знаем, что сумма O + O + 1 равна числу, в столбце единиц которого есть О. Единственно возможное значение – О = 9, притом что 1 переносится в столбец сотен. А поскольку цифра 9 теперь занята, U = 8; согласно нашим вычислениям, перенос требуется и в столбце тысяч.

Шаг 4. В столбце сотен в ответе есть буква В в разряде единиц. И есть две возможные суммы – либо B + B + 9, либо (если в этом столбце есть перенос) B + B + 9 + 1. В первом случае В – это 1, а во втором В – 0. Поскольку буква T представляет 1, буква В должна иметь значение 0, и в этом столбце есть перенос 1.

Шаг 5. Значение D должно быть больше 5, но это не может быть 5, иначе R = 1, а это число уже занято. Следовательно, D и R могут иметь только такие значения: D = 6 и R = 3 или D = 7 и R = 5.

Аналогичным образом мы можем сократить возможные варианты значений E, L и I.

Остается шесть цифр, которые еще не выбраны: 2, 3, 4, 5, 6 и 7.

Буква E не может обозначать цифру 2, так как тогда L = 8, а цифра 8 уже занята; E также не может иметь значение 5, поскольку оно может быть у L.

Если E = 3, то L = 7, но эта комбинация невозможна при любом наборе значений D и R.

Если E = 7, L = 3 – у нас возникает та же проблема.

Если E = 6, то L = 4 и I = 5, но эта комбинация также невозможна при любом наборе значений D и R.

Однако если E = 4, L = 6 и I = 3, то D = 7 и R = 5. Вот и все.

К тексту

116. ЧЕТ И НЕЧЕТ

Мы решим этот пример на умножение в столбик, разделив его на две части:

[1] EEO × O = EOEO и [2] EEO × O = EOO.

Начнем со второй. Согласно уравнению, произведение трехзначного числа EEO (множимое) на нечетное число О (множитель) равно трехзначному числу. Множитель не может составлять 1, потому что тогда множимое было бы таким же, как и ответ, а это не так. Множимое начинается с четного числа, а значит, оно должно иметь значение минимум 201. Следовательно, множитель не может быть равен 5 или большему числу, потому что 201 × 5 = 1005, а это четырехзначное число, тогда как наш ответ содержит только три цифры. И мы можем сделать вывод, что множитель равен 3. В этом случае первой цифрой множимого должна быть цифра 2, поскольку если бы это была цифра 4 или больше, то ответ снова был бы четырехзначным. Итак, теперь имеем:

[2] 2EO × 3 = EOO.

Цифра в разряде десятков множимого – четная, а цифра в разряде десятков ответа – нечетная. Умножение четной цифры на 3 дает четное число. Следовательно, эти расчеты имеют смысл только тогда, когда нечетное число переносится в результате умножения цифры в разряде единиц множителя на 3. Теперь для цифры единиц множимого возможны только варианты 5, 7 и 9, потому что 1 и 3 не дают переноса при умножении на 3. Если цифра в разряде единиц – 5, то переносится цифра 1 (поскольку 5 × 3 =15), а если цифра в разряде единиц – 7 или 9, перенести нужно цифру 2 (так как 7 × 3 = 21, а 9 × 3 = 27). Мы знаем, что перенесенное число должно быть нечетным, стало быть, цифра в разряде единиц множимого – 5. Итак:

[2] 2E5 × 3 = EOO.

Возможные варианты цифры в разряде десятков множимого – 0, 2, 4, 6 или 8. Но мы можем исключить 4 и 6, поскольку 245 × 3 = 735 и 265 × 3 = 795, а это противоречит тому, что ответ начинается с четной цифры. Следовательно, в качестве множимого могут выступать 205, 225 или 285.

Теперь проанализируем уравнение [1] с учетом того, что нам известно.

[1] Должно быть верным одно из следующих уравнений:

[a] 205 × O = EOEO;

[b] 225 × O = EOEO;

[c] 285 × O = EOEO.

Первая цифра ответа четная, а значит, это число должно быть больше 2000. Однако если множитель – 1, 3, 5 или 7, ответ в случаях [a], [b] и [c] меньше 2000. Таким образом, множитель – это 9. И тогда единственным вариантом, соответствующим уравнению, может быть вариант [c], поскольку ответ в случае [a] меньше 2000, а ответ в случае [b] – 2025, что противоречит условию, что вторая цифра должна быть нечетной. Итак:

[1] 285 × 9 = 2565.

Теперь можем подставить все цифры в пример:

К тексту

117. КРОССВОРД, ПОДСЧИТЫВАЮЩИЙ САМ СЕБЯ

Для начала целесообразно составить список названий чисел по количеству букв, из которых они состоят.

Три буквы: one (1), two (2), six (6), ten (10).

Четыре буквы: four (4), five (5), nine (9).

Пять букв: three (3), seven (7), eight (8).

Шесть букв: eleven (11), twelve (12), twenty (20).

Семь букв: fifteen (15), sixteen (16).

Восемь букв: thirteen (13), fourteen (14), eighteen (18), nineteen (19).

Шаг 1. Как было сказано в условии задачи, строка 8 по вертикали должна иметь вид ONE*, поскольку все числа больше единицы обязаны сопровождаться буквой S на конце для обозначения множественного числа, а значит, понадобится минимум шесть клеток.

В строке 10 по горизонтали шесть клеток, и она должна включать число из трех букв больше единицы с последней буквой *. Возможные варианты: one, two, six, ten. Однако в случае one, two и ten в строке 8 по вертикали было бы ONE E, ONE O или ONE N, что является противоречием![43] Методом исключения приходим к выводу, что строка 8 по вертикали – это ONE X, а строка 10 по горизонтали – SIX #s. (Здесь и далее я использую для обозначения букв различные символы.)

Шаг 2. Строка 4 по вертикали содержит состоящее из восьми букв слово для обозначения числа – это должен быть один из вариантов THIRTEEN, FOURTEEN, EIGHTEEN или NINETEEN (с окончанием Ss). Мы можем исключить варианты FOURTEEN и NINETEEN, поскольку не существует числительных из пяти букв, начинающихся с F или N, которые понадобились бы нам для того, чтобы заполнить строку 4 по горизонтали. Мы знаем, что в кроссворде 12 строк, и только в одной из них отображена одна буква (в строке 8 по вертикали). Следовательно, на концевые S во всех остальных строках приходится 11 букв S во всем кроссворде. Слово SIX в строке 10 по горизонтали содержит еще одну букву S, поэтому всего мы имеем 12 букв S. Другие буквы S могли бы появиться только при наличии строк со словами SIX, SEVEN, SIXTEEN или SEVENTEEN. Однако ввиду отсутствия свободных строк для слов, состоящих из трех, семи и девяти букв, можно исключить варианты SIX, SIXTEEN и SEVENTEEN из рассмотрения. Стало быть, дополнительная буква S может быть только в слове SEVEN. Слово SEVEN помещается только в трех строках, то есть в кроссворде может быть максимум 15 букв S. Итак, мы можем исключить из рассмотрения слово EIGHTEEN в качестве варианта для заполнения строки 4 по вертикали, а это значит, что в данной строке должно быть THIRTEEN Ss. Из этого следует, что в строке 4 по горизонтали должно быть THREE?s, а в строке 1 по вертикали – FOUR @s.

Шаг 3. Если в кроссворде 13 букв S, двенадцать из которых уже определены, то на основании предыдущих расчетов можно сделать вывод о том, что существует всего одна строка со словом SEVEN. Слово SEVEN помещается только в строке 6 по вертикали и строке 7 по горизонтали. Если бы это была строка 7 по горизонтали, в строке 3 по вертикали было бы несколько букв E. Возможные варианты – FOUR, FIVE или NINE Es. В кроссворде уже есть семь букв E (с учетом слова SEVEN), значит, можно исключить варианты FOUR и FIVE. Кроме того, мы можем исключить вариант NINE, поскольку он означал бы, что в строке 4 по горизонтали должно быть THREE Ns, что является противоречием, потому что в таком случае в кроссворде было бы четыре буквы N (в словах NINE, THIRTEEN и SEVEN). Таким образом, строка 6 по вертикали – это SEVEN!s.

Далее, строка 7 по горизонтали содержит либо слово THREE, либо слово EIGHT. К настоящему моменту мы использовали 12 букв: E, F, H, I, N, O, R, S, T, U, V и X. Поскольку нам известно, что в данном кроссворде присутствует только 12 букв, это позволяет исключить слово EIGHT, потому что в нем есть буква G. Следовательно, в строке 7 по горизонтали – THREE Vs.

Шаг 4. В строке 3 по вертикали должно быть записано FOUR Hs, так как, если бы в ней было слово FIVE, в строке 4 по горизонтали было бы THREE Vs – то же самое, что и в строке 7 по горизонтали, а это противоречит тому, что в кроссворде 12 строк для 12 разных букв. Поскольку E самая распространенная из оставшихся букв, в строке 9 по горизонтали должно быть THIRTEEN Es. Это не может быть FOURTEEN, иначе в строке 5 по вертикали было бы несколько букв U, а буквы U уже учтены в строке 4 по горизонтали. И это не может быть EIGHTEEN, так как в кроссворде нет букв G, или NINETEEN, потому что в оставшихся клетках не поместится 19 букв E. Каждое из оставшихся трех чисел обозначается словом из четырех букв. Поскольку у нас уже есть строка THREE Vs, но в кроссворде только одна буква V, в двух из оставшихся строк должно быть слово FIVE. Так как в кроссворде есть строка THREE Us и только две буквы U, последняя строка должна содержать слово FOUR. Следовательно, всего в кроссворде четыре буквы О, а это значит, что в строке 2 по горизонтали должно быть FOUR Os, в строке 5 по вертикали – FIVE Is, в строке 3 по горизонтали – FIVE Fs, а в строке 10 по горизонтали – SIX Ts. В оставшихся клетках строк 1 по вертикали и 6 по вертикали расположились буквы N и R.

К тексту

118. АВТОБИОГРАФИЯ В ДЕСЯТИ ЦИФРАХ

Я буду придерживаться системного подхода к решению этой задачи, начав с явно неверных путей и постепенно приближаясь к искомому ответу. Итак, нам нужно заполнить вторую строку таблицы так, чтобы каждая цифра обозначала частоту встречаемости верхней цифры в этой строке.

Начнем с цифры 9.

В таком случае в этом числе должно быть девять цифр 0, а значит, все остальные цифры тоже 0. Но мы знаем, что есть минимум одна цифра 9, так что все остальные цифры не могут быть 0.

Допустим, наше число начинается с цифры 8.

Это значит, что в оставшихся восьми клетках находится восемь цифр 0. Поскольку у нас есть минимум одна цифра 8, то цифра, которая размещена под ней (назовем ее х), должна быть отличной от ноля, следовательно, во всех остальных ячейках находятся цифры 0.

Подходящего значения х не существует! Это не 1, поскольку, по условиям задачи, на второй позиции должна быть цифра 0, указывающая на то, сколько раз цифра 1 встречается в итоговом числе. К такому же противоречию приводят и другие возможные значения х.

Прежде чем продолжить, выведем одно свойство цифр, расположенных во второй строке: в сумме они должны равняться десяти, так как каждая цифра во второй строке говорит о том, сколько раз в ней встречается определенная цифра. В строке десять позиций, следовательно, общая сумма цифр должна составлять десять.

Теперь допустим, что искомое число начинается с цифры 7.

Мы знаем, что во второй строке семь нолей. А поскольку в искомом числе есть цифра 7, нам известно и то, что цифра под цифрой 7 в первой строке должна быть отличной от ноля и иметь значение 1, 2 или 3. (Если бы эта цифра была больше 3, сумма цифр была бы больше 10.) Однако в каждом из этих случаев решение неверное. Если под цифрой 7 находится цифра 1, то под цифрой 1 должна быть цифра, отличная от ноля. Это не может быть 1, так как тогда у нас было бы две цифры 1 в итоговом числе. Под цифрой 7 не может быть и 2, потому что тогда под цифрой 2 была бы цифра, отличная от ноля, а это противоречит тому, что в итоговом числе семь цифр 0. На основании аналогичных логических суждений делаем вывод, что под цифрой 7 не могут быть записаны цифры 2 и 3.

Проанализируем вариант с цифрой 6.

В итоговом числе шесть нолей. Под цифрой 6 находится цифра, отличная от ноля. Предположим, это 1.

Таким образом, под цифрой 1 находится цифра, отличная от ноля. Поскольку сумма цифр в нижней строке должна равняться 10, под цифрой 1 может быть 1, 2 или 3. Мы можем исключить 1, так как это означало бы, что в нижней строке две цифры 1, что является противоречием. Если бы это была цифра 2, под ней должна быть цифра 1, чтобы сумма цифр составляла 10. Это выглядит многообещающе! У нас остается шесть пустых ячеек, в которых должно быть шесть цифр 0. Задача решена.

К тексту

119. ПАНЦИФРОВОЕ СТОЛПОТВОРЕНИЕ

Количество возможных комбинаций десяти цифр составляет 10 × 9 × 8 × 7 × 6 × 5 × 4 × 3 × 2 × 1 = 3 628 800. Каждая из этих комбинаций представляет собой панцифровое число, за исключением тех, что начинаются с цифры 0, поскольку панцифровое число не может начинаться с ноля. (Комбинации десяти цифр, в которых первую позицию занимает цифра 0, считаются девятизначными числами.) Таких комбинаций 9 × 8 × 7 × 6 × 5 × 4 × 3 × 2 × 1 = 362 880. Следовательно, всего существует 3 628 800–362 880 = 3 265 920 панцифровых чисел.

К тексту

120. ПАНЦИФРОВОЕ И ПАНДЕЛИМОЕ ЧИСЛО

Мы будем перебирать цифры по одной и начнем с самого простого случая. Любое число, кратное 10, должно заканчиваться на 0, поэтому j = 0. Любое число, кратное 5, должно заканчиваться либо на 0, либо на 5. Следовательно, e = 5. При двух известных цифрах наше число – это abcd5fghi0.

Если то или иное число делится на четное число, то оно и само должно быть четным. А значит, b, d, f и h тоже должны быть четными. Таким образом, b, d, f и h могут иметь значения 2, 4, 6 и 8. Следовательно, оставшиеся неизвестные a, c, g и i должны представлять собой ту или иную комбинацию из оставшихся (нечетных) цифр 1, 3, 7 и 9.

Теперь применим признак делимости на 4. Комбинации цифр, в которых c нечетное, d четное (что известно из предыдущего абзаца), а cd делится на 4, – это 12, 16, 32, 36, 72, 76, 92 и 96. Следовательно, d – это либо 2, либо 6.

Согласно признаку делимости на 3, число делится на 3, если сумма его цифр тоже делится на 3. Это верно и наоборот: если число делится на 3, то сумма его цифр тоже делится на 3. Следовательно, a + b + c делится на 3.

Любое число, кратное 6, делится на 3, поэтому a + b + c + d + e + f также делится на 3.

Если два числа делятся на 3, то разность между большим и меньшим числом тоже делится на 3.

Таким образом, число a + b + c + d + e + f – (a + b + c) = d + e + f делится на 3.

Мы знаем, что d – это либо 2, либо 6; и нам известно, что e = 5, а также что f – это 2, 4, 6 или 8.

Если d – это 2, то число 2 + 5 + f должно быть кратным 3. Следовательно, f должно иметь значение 8. (Это не может быть 2, поскольку d – это 2, а каждая цифра встречается в искомом числе только один раз. И это не может быть 4 или 6, так как числа 11 и 13 не делятся на 3.)

Если d – это 6, то число 6 + 5 + f должно быть кратным 3, а, согласно ходу наших рассуждений, f должно иметь значение 4.

Таким образом, у нас есть два возможных варианта для трех средних цифр: def – это либо 258, либо 654. Проверим каждый из них.

[1] def – это 258.

Согласно признаку делимости на 8, если восьмизначное число abcdefgh делится на 8, то трехзначное число fgh тоже делится на 8. Следовательно, 8gh делится на 8.

В качестве g может выступать 1, 3, 7 или 9, а в качестве h – одна из оставшихся двух цифр, 4 или 6. Число 8g4 не делится на 8 при любом значении g, а значит, это должно быть 6. Мы уже использовали цифры 2, 6 и 8, в таком случае b, последняя четная цифра, – это 4.

Теперь искомое число выглядит так: a4c258g6i0.

Любое число, кратное 9, также должно делиться на 3. Следовательно, a + 4 + c + 2 + 5 + 8 + g + 6 + i делится на 3. Поскольку любое число, кратное 6, делится и на 3, a + 4 + c + 2 + 5 + 8 тоже делится на 3. Как мы определили, если два числа делятся на 3, разность между большим и меньшим числом тоже должна делиться на 3. Стало быть, g + 6 + i должно быть кратным 3.

Итак, g + i должно быть кратным 3. Мы должны выбрать значения g и i из 1, 3, 7 и 9, а значит, g и i – это либо 3, либо 9. Следовательно, a и c – это либо 1, либо 7. Таким образом, у нас есть четыре возможных варианта искомого числа при таких значениях a, c, g и i:

1, 7, 3, 9 (при таких значениях искомое число – 1 472 583 690);

7, 1, 3, 9 (при таких значениях искомое число – 7 412 583 690);

1, 7, 9, 3 (при таких значениях искомое число – 1 472 589 630);

7, 1, 9, 3 (при таких значениях искомое число – 7 412 589 630).

Возьмите калькулятор и проверьте, соответствуют ли эти числа условиям, сформулированным в задаче.

Число 1 472 583 690 не подходит, потому что 14 725 836 не делится на 8.

Число 7 412 583 690 не подходит, потому что 7 412 583 не делится на 7.

Число 1 472 589 630 не подходит, потому что 1 472 589 не делится на 7.

Число 7 412 589 630 не подходит, потому что 7 412 589 не делится на 7.

Мы зашли в тупик. Этот вариант не верен, и мы можем сделать вывод, что def – это не 258.

[2] def – это 654.

Согласно признаку делимости на 8, если восьмизначное число abcdefgh делится на 8, то трехзначное число fgh также делится на 8. Следовательно, 4gh делится на 8.

Поскольку 4gh = 400 + gh, а число 400 кратное 8, gh кратно 8.

В качестве g может выступать 1, 3, 7 или 9, а в качестве h – одна из оставшихся двух цифр – 2 или 8. Число gh не делится на 8, если h – это 8, а значит, h должно иметь значение 2. Следовательно, b должно иметь значение 8.

Теперь искомое число выглядит так: a8c654g2i0.

Любое число, кратное 9, делится на 3. Таким образом, a + 8 + c + 6 + 5 + 4 + g + 6 + i делится на 3, а, согласно ходу наших рассуждений, нам известно, что g + 2 + i должно быть кратным 3, где i и g могут иметь одно из значений 1, 3, 7 или 9.

Таким образом, значения g и i должны представлять собой один из следующих вариантов:

1 и 3

3 и 1

1 и 9

9 и 1

3 и 7

7 и 3

7 и 9

9 и 7

Рассмотрим все эти варианты и с помощью калькулятора проверим, соответствуют ли они условиям задачи.

Сначала рассмотрим числа 1 и 3.

Число 7 896 541 230 не подходит, потому что 7 896 541 не делится на 7.

Число 9 876 541 230 не подходит, потому что 9 876 541 не делится на 7.

Рассмотрим числа 3 и 1.

Число 7 896 543 210 не подходит, потому что 7 896 543 не делится на 7.

Число 9 876 543 210 не подходит, потому что 9 876 543 не делится на 7.

Далее рассмотрим числа 1 и 9.

Число 7 836 541 290 не подходит, потому что 7 836 541 не делится на 7.

Число 3 876 541 290 не подходит, потому что 3 876 541 не делится на 7.

Рассмотрим числа 9 и 1.

Число 7 836 549 210 не подходит, потому что 783 654 не делится на 6.

Число 3 876 549 210 не подходит, потому что 3 876 549 не делится на 7.

Рассмотрим числа 3 и 7.

Число 1 896 543 270 не подходит, потому что 1 896 543 не делится на 7.

Число 9 816 543 270 не подходит, потому что 9 816 543 не делится на 7.

Рассмотрим числа 7 и 3.

Число 1 896 547 230 не подходит, потому что 1 896 547 не делится на 7.

Число 9 816 547 230 не подходит, потому что 9 816 547 не делится на 7.

Рассмотрим числа 7 и 9.

Число 1 836 547 290 не подходит, потому что 1 836 547 не делится на 7.

Число 3 816 547 290 подходит.

Рассмотрим числа 9 и 7.

Число 1 836 549 270 не подходит, потому что 1 836 549 не делится на 7.

Число 3 816 549 270 не подходит, потому что 3 816 549 не делится на 7.

Наконец-то мы нашли ответ. Искомое число – 3 816 547 290.

К тексту

121. 1089 И ДРУГИЕ

Мы пытаемся найти такие значения a, b, c и d, при которых

abcd × 4 = dcba.

Член уравнения abcd – не a × b × c × d; это означает, что цифра a находится в разряде тысяч, b в разряде сотен, c в разряде десятков и d в разряде единиц. Таким образом, представленное выше уравнение можно записать в таком виде:

(1000a + 100b + 10c + d) × 4 = 1000d + 100c + 10b + a.

Теперь нам предстоит найти правильные способы упрощения и решения этого уравнения.

Шаг 1. Определяем значение a.

Значение левой стороны уравнения четное, поскольку имеет множитель 4; следовательно, его правая сторона тоже должна быть четной. Левая сторона уравнения устанавливает предел значения a, поскольку 4000a должно быть меньше 9999. (Если бы оно было больше 9999, в правой части уравнения было бы пятизначное число.) Единственное четное число, соответствующее этим условиям, – 2, поэтому a = 2.

Шаг 2. Определяем значение b.

Поскольку a = 2, левая сторона уравнения – это минимум 8000, а значит, значение d либо 8, либо 9. Однако если бы d = 9, в разряде единиц в левой части уравнения была бы цифра 6, так как 9 × 6 = 36. Но в разряде единиц должна быть цифра 2, потому что a = 2 правой части уравнения. Следовательно, d = 8.

Подставим эти значения в исходное уравнение:

(2000 + 100b + 10c +8) × 4 = 8000 + 100c + 10b + 2.

Это уравнение можно привести к такому виду:

8032 + 400b + 40c = 8002 + 100c + 10b.

А затем к такому

390b + 30 = 60c.

И далее

13b + 1 = 2c.

Не забывайте, что b и c – это отдельные цифры. Максимально возможное значение c = 9, а это значит, что максимально возможное значение 2c = 18. Таким образом, b может иметь только значение 1. А если b = 1, то c = 7.

Следовательно, ответ – 2178, так как 2178 × 4 = 8712.

К тексту

122. ЗАДОМ НАПЕРЕД

Мы ищем такое число, при умножении которого на 2 последняя цифра произведения была бы первой цифрой полученного результата. Фримен Дайсон любезно сообщил нам о том, что минимальное число с таким свойством состоит из 18 цифр, поэтому обозначим его как nnnnnnnnnnnnnnnnnn_R, где каждая n – это цифра, а n_R– крайняя справа цифра.

Мы знаем, что

Найдем цифру для n_R. Мы не можем взять 0, иначе ответ содержал бы всего 17 цифр, что делает умножение невозможным. Мы также не можем выбрать 1, потому что тогда ответ начинался бы с 1, что тоже невозможно: половина 18-значного числа, начинающегося с 1, – это 17-значное число, что противоречит условию задачи (исходное число состоит из 18 цифр). Возьмем 2.

И наше произведение становится таким:

Это уравнение можно решить, определяя значения n. Поскольку 2 × 2 = 4, последней цифрой нижнего числа будет 4.

Нижнее число состоит из тех же цифр и в том же порядке, что и верхнее, за исключением того, что последняя цифра верхнего числа – первая цифра нижнего числа. Из этого следует, что первая цифра нижнего числа – это предпоследняя цифра верхнего числа. Таким образом, предпоследняя цифра верхнего числа – 4.

Поскольку 4 × 2 = 8, предпоследней цифрой нижнего числа, а значит, и третьей от конца цифрой верхнего числа должна быть цифра 8.

До сих пор мы выполняли только операцию умножения на два. Наше следующее значение – 8 × 2 = 16, поэтому на следующей позиции (третья цифра с конца нижнего числа и четвертая цифра с конца верхнего числа) должна быть цифра 6, но поскольку она взята из числа 16, то мы должны перенести 1.

Для следующего значения n у нас есть 6 × 2 = 12, но есть еще и перенос 1, что в сумме дает 13. Таким образом, на следующей позиции (четвертая от конца цифра нижнего числа и пятая от конца цифра верхнего числа) находится цифра 3, снова с переносом 1.

Продолжив умножение для нахождения обоих чисел, в итоге получим:

Итак, мы получили нужный ответ: произведение числа 105 263 157 894 736 842 на два представляет собой то же число, в котором последняя цифра становится первой.

Если бы мы решили выстроить число, заканчивающееся на 3, у нас получилось бы число 157 894 736 842 105 263, произведение которого на два дает 315 789 473 684 210 526, что также является правильным решением. Цифры, выделенные жирным шрифтом, показывают, что данное число содержит последовательность цифр, которая входит в состав числа из предыдущего абзаца. Аналогичным образом можно сгенерировать числа, которые заканчиваются на 4, 5, 6, 7, 8 и 9.

К тексту

123. ДЕВЯТАЯ СТЕПЕНЬ

Надеюсь, вы не пытались вычислить все эти числа, а если пытались, то наверняка заметили закономерность: последняя цифра девятой степени любого числа – это последняя цифра исходного числа.

Следовательно, в порядке возрастания эти числа будут заканчиваться на …0671 (= 31⁹), …8832 (=32⁹), …1953 (= 33⁹), …6464 (= 34⁹), …1875 (= 35⁹), …8416 (= 36⁹), …5077 (= 37⁹), …2848 (= 38⁹), …8759 (= 39⁹).

В представленной ниже таблице показано, что происходит с последней цифрой числа в случае его возведения в различные степени.

Как показывает эта таблица, последняя цифра девятой степени любого числа совпадает с последней цифрой исходного числа, но то же самое происходит и с пятой степенью.

В действительности таким свойством, как совпадение последней цифры степени числа с последней цифрой самого числа, обладают пятая, девятая, тринадцатая степени и т. д., то есть каждая четвертая степень более высокого порядка.

К тексту

124. КОГДА МНЕ БУДЕТ 64

Число 2⁶⁴ – это 2, умноженное само на себя 64 раза. Кроме того, это 64-й член последовательности удваивающихся чисел, которая начинается с 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024…

Пока все понятно. Мы могли бы вычислить еще 54 члена этой последовательности, но это было бы слишком скучно и, кроме того, мы неизбежно допустили бы ошибки. Нам требуется способ найти приблизительный ответ, не делая слишком много вычислений.

Начнем. Десятый член, или 2¹⁰ = 1024. Или примерно 1000 – красивое круглое число.

Если тысяча – это примерно 2¹⁰, значит, тысяча, умноженная на себя шесть раз, или 1000⁶ – это примерно 2¹⁰, умноженное на себя шесть раз, что равно (2¹⁰)⁶ = 2⁶⁰.

1000⁶ = 1000000000000000000, или квинтиллион.

Следовательно, 2⁶⁰ примерно равно квинтиллиону.

Мы знаем, сто 2⁴ = 16.

Поэтому 2⁶⁴ = 260 × 24, что примерно равно 16 квинтиллионам.

Шестнадцать квинтиллионов – неплохой ответ, но мы можем получить более точный, сделав поправку на ошибку округления.

Мы округлили 1024 до 1000. Но число 1024 на 2,4 процента больше 1000. Каждый раз при умножении тысячи на саму себя нам следовало прибавлять дополнительных 2,4 процента. Поскольку мы умножили тысячу на себя шесть раз, нужно добавить 2,4 процента шесть раз, что в сумме составляет около 15 процентов. И более точный ответ = 16 квинтиллионов + 15 процентов.

Мы можем вычислить 15 процентов от 16 квинтиллионов в уме. Десять процентов – это 1,6 квинтиллиона, а пять процентов – половина этой величины, или 0,8 квинтиллиона. Следовательно, 15 процентов составляют 2,4 квинтиллиона.

В итоге (16 + 2,4) квинтиллиона = 18,4 квинтиллиона.

Весьма неплохо по сравнению с точным ответом:

18 446 744 073 709 551 616.

К тексту

125. МНОГО ИЗ НИЧЕГО

Итак, что означают ноли в конце числа? Все довольно просто. Число, которое оканчивается на 0, делится на 10. Число, которое оканчивается на 00, делится на 100, или 10 × 10. Число, которое оканчивается на 000, делится на 1000, что равно 10 × 10 × 10. Другими словами, ноли в конце числа говорят о том, сколько раз это число делится на 10. Следовательно, вопрос в том, сколько раз 100! можно разделить на 10.

Мы знаем, что

100! = 100 × 99 × 98 × 97 × 96 × … × 3 × 2 × 1.

Проанализируем члены этого уравнения и определим, какие из них кратны 10.

На 10 можно разделить 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 и 100, значит, в конце числа 100! должно быть минимум 11 нолей (с учетом того, что у 100 два ноля).

Однако не все так просто. Существует возможность умножить два числа, не заканчивающиеся на 0, и получить число, которое оканчивается на 0. Это такие числа, как:

8 × 5 = 40

4 × 15 = 60

6 × 25 = 150

Но как нам найти в числе 100! все ноли, полученные в результате умножения чисел, не оканчивающихся на 0? Давайте проанализируем разложение этих чисел более внимательно.

8 × 5 = (2 × 2 × 2) × 5

Это равенство можно преобразовать так:

(2 × 2) × (2 × 5) = 4 × 10.

Аналогичным образом:

4 × 15 = (2 × 2) × (3 × 5) = (2 × 3) × (2 × 5) = 6 × 10

6 × 25 = (3 × 2) × (5 × 5) = (3 × 5) × (2 × 5) = 15 × 10.

При умножении двух чисел, которые не оканчиваются на ноль, и получении числа с окончанием 0 в мультипликативном разложении этих чисел должны присутствовать числа 2 и 5. Это объясняется тем, что каждый раз, когда 2 и 5 встречаются в цепочке чисел при умножении, их можно объединить, чтобы получить 10.

Таким образом, головоломка решается путем нахождения пар чисел 2 и 5 в мультипликативном разложении числа 100!.

И мы даже можем выполнить дальнейшее упрощение: собственно, мы ищем, сколько раз 100! делится на 5, поскольку очевидно, что 100! делится на 2 гораздо больше раз, чем на 5, а значит, количество пар чисел 2 и 5 равно количеству чисел 5.

Сколько раз числа от 1 до 100 делятся на 5? На 5 делятся следующие числа:

5, 10, 15, 20, 25, …, 90, 95, 100

Каждый из этих двадцати членов делится на 5 только один раз, за исключением 25, 50, 75 и 100, которые делятся на 5 дважды. Следовательно, 100! делится на 5 всего 24 раза.

Это и есть ответ. В конце числа 100! находится 24 ноля.

Если захотите проверить сами, вот это число полностью: 93 326 215 443 944 152 681 699 238 856 266 700 490 715 968 264 381 621 468 592 963 895 217 599 993 229 915 608 941 463 976 156 518 286 253 697 920 827 223 758 251 185 210 916 864 000 000 000 000 000 000 000 000.

К тексту

Ниже приведены ссылки на книги, из которых я позаимствовал или адаптировал головоломки, представленные в данном сборнике. Зачастую эти книги не являются первоисточником. В некоторых ссылках указаны мои собственные книги. Звездочкой (*) обозначены случаи оригинальной формулировки вопроса – или ее перевод.

Было сделано все возможное, чтобы связаться с владельцами авторских прав. Все вопросы по этому поводу следует направлять издателю.

Помимо перечисленных ниже книг я использовал следующие замечательные источники: Дэвид Сингмастер, Sources in Recreational Mathematics («Занимательная математика: источники») – эта работа не была опубликована, но ее можно найти в интернете; сайт Александра Богомольного www.cut-the-knot.org, а также архив истории математики Мактьютор (MacTutor History of Mathematics Archive) при Сент-Эндрюсском университете. За все это я глубоко признателен.

Числовое дерево: Nobuyuki Yoshigahara. Puzzles 101, A K Peters/CRC Press (2003).

Марсианские каналы: Sam Loyd. Martin Gardner (ed.), Mathematical Puzzles of Sam Loyd, Dover Publications Inc. (2000).

Все задачи взяты у © United Kingdom Mathematics Trust.

1. Волк, коза и капуста: Alcuin, Propositiones ad Acuendos Juvenes (9th century).

2. * Трое мужчин и их сестры: Alcuin, Propositiones ad Acuendos Juvenes (9th century).

3. Переход через мост: William Poundstone, How Would You Move Mount Fuji? Little Brown and Co. (2003). (Паундстоун У. Как сдвинуть гору Фудзи? Подходы ведущих мировых компаний к поиску талантов. М.: Альпина Паблишер, 2008.)

4. * Двойное свидание: Alcuin, Propositiones ad Acuendos Juvenes (9th century).

5. * Званый ужин: Lewis Carroll, A Tangled Tale, Macmillan and Co. (1885). (Кэрролл Л. Истории с узелками. М.: АСТ, 2001.)

6. Лгуньи: описание задачи Льюиса Кэрролла приведено в книге Martin Gardner, The Universe in a Handkerchief, Copernicus (1996).

7. Смит, Джонс и Робинсон: Henry Ernest Dudeney, Strand Magazine (April 1930).

8. * Школа святого Дандерхеда: Hubert Phillips, S. T. Shovelton, G. Struan Marshall, Caliban’s Problem Book, T. De La Rue (1933).

9. * Случай родства: Hubert Phillips, S. T. Shovelton, G. Struan Marshall, Caliban’s Problem Book, T. De La Rue (1933).

10. Задача о зебре: Life International (17 December 1962).

11. * Завещание Калибана: Hubert Phillips, S. T. Shovelton, G. Struan Marshall, Caliban’s Problem Book, T. De La Rue (1933).

12. Трехсторонняя перестрелка: Hubert Phillips, Question Time, J. M. Dent (1937).

13. Яблоки и апельсины: William Poundstone, How Would You Move Mount Fuji? Little Brown and Co. (2003). (Паундстоун У. Как сдвинуть гору Фудзи? Подходы ведущих мировых компаний к поиску талантов. М.: Альпина Паблишер, 2008.)

14. Соль, перец и приправа: по материалам книги Martin Gardner, My Best Mathematical and Logic Puzzles, Dover Publications (1994).

15. Камень, ножницы, бумага: Yoshinao Katagiri in Nobuyuki Yoshigahara, Puzzles 101, A K Peters/CRC Press (2003).

16. Клуб грязнуль: Hubert Phillips, Week-End; взято из: Hans van Ditmarsch, Barteld Kooi, One Hundred Prisoners and a Light Bulb, Springer (2015).

17. Лицо в саже: Гамов Г., Стерн М. Занимательные задачи. М.: Эдиториал УРСС, 2003.

18. 40 неверных мужей: Стерн М. Занимательные задачи. М.: Эдиториал УРСС, 2003.

19. Коробка со шляпами: Kobon Fujimura, The Tokyo Puzzles, Biddles Ltd (1978).

20. Последовательные числа: Hans van Ditmarsch, Barteld Kooi, One Hundred Prisoners and a Light Bulb, Copernicus (2015), основано на книге: J. E. Littlewood, A Mathematician’s Miscellany, Methuen and Co. Ltd (1953).

21. День рождения Шерил: Джозеф Йоу Бун Вуй, Singapore and Asian Schools Math Olympiads.

22. День рождения Дениз: Джозеф Йоу Бун Вуй, theguardian.com.

23. Возраст детей: автор неизвестен.

24. * Математики в автобусе: John Hhorton Conway, Tanya Khovanova, ‘Conway’s Wizards’, The Mathematical Intelligencer, vol. 35 (2013).

25. Игра с гласными: Уэйсон П., «Задача выбора Уэйсона», «Википедия» (Peter Wason, ‘Wason selection task’, Wikipedia).

Задачи 1, 4 и 9 придуманы редактором перевода по мотивам задач оригинальной книги.

Остальные задачи взяты с сайтов:

http://www.treningmozga.com

http://2yxa.ru/golovolomka

http://detichaik.ru/nikitkina-stranica/golovolomki-s-bukvami-a.html

http://www.smekalka.pp.ru

1. Только линейка: The Grabarchuk Family, The Big, Big, Big Book of Brainteasers, Puzzlewright (2011).

2. Веревка, натянутая вокруг Земли: автор неизвестен.

3. Гирлянда из флажков для уличного праздника: на основании беседы с Колином Райтом.

4. На велосипед, Шерлок! Joseph D. E. Konhauser, Dan Velleman, Stan Wagon, Which Way Did the Bicycle Go? The Mathematical Association of America (1997).

5. Нечеткая математика: основано на идее из статьи: Joseph D. E. Konhauser, Dan Velleman, Stan Wagon, Which Way Did the Bicycle Go? The Mathematical Association of America (1997).

6. Хождение по кругу: New York Times (25 May 982).

7. Восемь чистых листов бумаги: Kobon Fujimura, The Tokyo Puzzles, Biddles Ltd (1978).

8. Квадрат из двух половинок: Kobon Fujimura, The Tokyo Puzzles, Biddles Ltd (1978).

9. Крыло и линза: Kobon Fujimura, The Tokyo Puzzles, Biddles Ltd (1978).

10. Круги сангаку: H. Fukagawa, A. Rothman, Sacred Mathematics: Japanese Temple Geometry, Princeton University Press (2008).

11. Треугольник сангаку: H. Fukagawa, A. Rothman, Sacred Mathematics: Japanese Temple Geometry, Princeton University Press (2008).

12. Шагая по татами: Kobon Fujimura, The Tokyo Puzzles, Biddles Ltd (1978).

13. 15 татами: Donald Knuth, The Art of Computer Programming, Addison-Wesley, 1968. (Кнут Д. Искусство программирования. Т. 1–4. М.: 2002–2013.)

14. Татами Ноба: Nobuyuki Yoshigahara, Puzzles 101, A K Peters/CRC Press (2003).

15. Комната с лестницами в углах: автор неизвестен; основано на описании задачи об усеченной шахматной доске в англоязычной «Википедии»: Mutilated Chessboard Problem, Wikipedia.

16. Комната с двумя лестницами, расположенными в случайном порядке: автор неизвестен; основано на описании задачи об усеченной шахматной доске в англоязычной «Википедии»: Mutilated Chessboard Problem, Wikipedia.

17. Головоломка с деревянными блоками: идею предложил Джозеф Йоу Бун Вуй.

18. Картина на стене: Peter Winkler, Mathematical Mind-Benders, AK Peters/CRC Press (2007).

19. Примечательное кольцо для салфеток: Martin Gardner, My Best Mathematical and Logic Puzzles, Dover Publications, 1994.

20. Неразбериха с площадями: © Наоки Инаба.

21. Прямоугольники: © Nikoli.

22. Китайская стена: © Nikoli.

23. Адский гольф: © Nikoli.

24. Свет: © Nikoli.

25. Темная комната: Joseph D. E. Konhauser, Dan Velleman, Stan Wagon, Which Way Did the Bicycle Go? The Mathematical Association of America (1997).

Все задачи взяты из источника © United Kingdom Mathematics Trust.

1. Сотня кур: David Singmaster, Sources in Recreational Mathematics.

2. Сотня птиц: Abu Kamil, Book of Birds (n.d.).

3. 7-Eleven: автор неизвестен.

4. Три кувшина: Abbott Albert, Annales Stadenses (13th century).

5. Два ведра: адаптированный вариант задачи о трех кувшинах.

6. Кофе с молоком: автор неизвестен.

7. Вода и вино: Martin Gardner, My Best Mathematical and Logic Puzzles, Dover Publications (1994).

8. 15 минут славы: Yuri B. Chernyak, Robert M. Rose, The Chicken from Minsk, Basic Books (1995).

9. Путаница с фитилями: (i) автор неизвестен. (ii) ‘Time to Burn’, Varsity Math week 25, Wall Street Journal; and MoMath.org.

10. Неправильная монета: автором головоломки считается Джон фон Нейман.

11. Разделите муку: Boris A. Kordemsky, The Moscow Puzzles, Dover Publications (1955). (Кордемский Б. Математическая смекалка. М.: Альпина Паблишер, 2017.)

12. Задача Баше о взвешивании: Claude-Gaspard Bachet, Problèmes Plaisants & Délectables Qui Se Font Par Les Nombres, 5th edn, A. Blanchard (1993).

13. Фальшивая монета: Boris A. Kordemsky, The Moscow Puzzles, Dover Publications (1955). (Кордемский Б. Математическая смекалка. М.: Альпина Паблишер, 2017.)

14. Стопка фальшивых монет: Martin Gardner, My Best Mathematical and Logic Puzzles, Dover Publications (1994).

15. Из Гавра в Нью-Йорк: Charles-Ange Laisant, Initiation mathématique, Hachette (1915).

16. Полет туда и обратно: William Poundstone, Are You Smart Enough to Work at Google? Little, Brown and Co. (2012).

17. Пробег автомобиля: Harry Nelson in Scott Kim, The Little Book of Big Mind Benders, Workman Publishing (2014).

18. Обгон: Dick Hess, Mental Gymnastics, Dover Publications (2011).

19. Стили бега: Joseph D. E. Konhauser, Dan Velleman, Stan Wagon, Which Way Did the Bicycle Go? The Mathematical Association of America (1997).

20. Вялый картофель: автор неизвестен.

21. План заработной платы: W. W. Rouse Ball, Mathematical Recreations and Essays, Project Gutenberg (1892). (Болл У. У., Коксетер Г. С. Математические эссе и развлечения. М.: Мир, 1986.)

22. Деление трости: Frederick Mosteller, Fifty Challenging Problems in Probability, Dover Publications (1965). (Мостеллер Ф. Пятьдесят занимательных вероятностных задач с решениями. М.: Наука, 1971.)

23. Рукопожатия: автор неизвестен.

24. Рукопожатия и поцелуи: The Grabarchuk Family, The Big, Big, Big Book of Brainteasers, Puzzlewright (2011).

25. Потерянный билет: Peter Winkler, Mathematical Puzzles, A K Peters/CRC Press (2003).

Идею о включении географических задач в сборник математических головоломок я позаимствовал у Питера Уинклера, который сделал то же самое в своей книге «Математические головоломки»: Mathematical Puzzles, A K Peters/CRC Press (2003). Некоторые из моих задач составлены на основе задач Уинклера, причем все они требуют определенного математического мышления.

Четыре монеты: H. E. Dudeney, 536 Puzzles & Curious Problems, Scribner Book Co. (1983).

Я чрезвычайно признателен United Kingdom Mathematical Trust (UKMT) и ее руководителю Рейчел Гринхол за разрешение разместить в книге задачи из конкурсов по математике Junior Challenge, которые проводит эта организация, в разделах «10 увлекательных головоломок». UKMT – замечательная благотворительная организация, цель которой – пробудить в сотнях тысяч детей стремление к изучению математики. Она устроитель национальных конкурсов и подготовки лучших учеников к участию в международной математической олимпиаде. Около 300 тысяч британских детей в возрасте 11–13 лет ежегодно принимают участие в конкурсе Junior Challenge. Более подробную информацию и ссылки на ресурсы этой организации можно найти на ее сайте www.ukmt.org.uk.

Я благодарен многим математикам, специалистам по головоломкам, их изобретателям и любителям, с которыми я общался в процессе ведения своего блога и выполнения исследований для написания этой книги. Особую признательность хочу выразить: Дэвиду Сингмастеру, Тане Ковановой, Джозефу Йоу Бун Вую, Колину Райту, Наоки Инаба, Маки Кадзи, Джимми Гото, Дику Хессу, Гэри Фоши, Джону Конвею, Колину Бевериджу, Адаму Гаучеру, Гансу ван Дитмаршу, Ли Сэллоусу, Майку Киту, Биллу Ричи, Ричарду Фостеру, Отто Джанко, Джеймсу Маршаллу и Алехандро Эриксону.

Лаура Хассан – блестящий и вдохновляющий редактор книги. Линдси Дэвис мастерски и героически направляла весь процесс ее создания. Элегантный дизайн Рича Карра (с помощью Рут Мюррей и Рут Радд) сделал книгу самым привлекательным сборником головоломок из всех, которые я когда-либо видел. Я признателен Эндрю Джойсу за его замечательные рисунки. Бен Самнер – умнейший литературный редактор в этой области, а Хэмиш Айронсайд – самый продвинутый в математике корректор. Я хочу также поблагодарить сотрудников издательства Faber: Лорен Николь из отдела рекламы, Линдси Террелл из отдела маркетинга, Джека Мерфи из производственного отдела, Алекса Кирби из отдела дизайна и Сару Монтгомери из Guardian Faber.

Выражаю благодарность моему агенту Ребекке Картер и ее коллегам Эмме Пэрри, Ребекке Фолланд и Кирсти Гордон из Janklow & Nesbit.

Я глубоко признателен газете Guardian за поддержку моего блога, посвященного головоломкам, а также за помощь ее сотрудников: Таш Рит-Бэнкс, Иэна Андерсона, Пита Этчелса и Джеймса Рэндерсона.

Многие мои друзья тоже внесли свой вклад в создание книги, и я предоставляю им возможность самим угадать, о каком именно вкладе идет речь. Вот имена некоторых из них: Эдмунд Харрис, Шивон Робертс, Мэтт Мак-Алестер, Тиэко Цунэока, Сэм Картмелл и Аннет Маккензи.

И наконец, хочу отметить, что я не смог бы написать эту книгу без любви и поддержи моей жены Натали. То, что этот проект был реализован в первый год жизни нашего сына Зака, в гораздо большей степени ее заслуга, чем моя.

«Возможного пути нет» или «Нет никакой возможности» (англ.). Прим. пер.

Благотворительная организация, основанная в 1996 году с целью помочь в обучении математике британских школьников. Прим. ред.

Карл Великий (742–814) – король франков, объединивший под своей властью половину территории Западной Европы. Прим. ред.

Лига – британская и американская единица измерения расстояния, равная 4828,032 метра. Прим. ред.

Гекзаметр (от греч. hex – шесть и metron – мера) – шестистопный дактиль, стихотворный размер в античном стихосложении. Прим. пер.

«С небольшой помощью моих друзей» (With a Little Help from My Friends) – песня группы The Beatles, которую Джон Леннон и Пол Маккартни написали в 1967 году для Ринго Старра. Прим. пер.

Издана на русском языке: Кэрролл Л. Истории с узелками. М.: АСТ, 2001.

Y.Y. – псевдоним, которым ирландский писатель, редактор поэзии и автор изысканных литературных эссе Роберт Линд подписывал свои работы в журнале New Statesman. Прим. пер.

Речь идет о вестерне Серджио Леоне The Good, the Bad and the Ugly («Хороший, плохой, злой»), снятом в 1966 году. Прим. пер.

В игре «Камень, ножницы, бумага» на счет «три» каждый игрок делает рукой жест, соответствующий одному из этих трех предметов. Камень побеждает ножницы, ножницы побеждают бумагу, а бумага побеждает камень. Прим. ред.

Издана на русском языке: Гамов Г., Стерн М. Занимательные задачи. М.: Эдиториал УРСС, 2003.

Издана на русском языке: Литлвуд Дж. Математическая смесь. М.: Наука, 1990.

Нерд (от англ. nerd – ботан) – интеллектуал, помешанный на компьютерах, со слабо развитыми навыками социализации. Прим. ред.

У автора этот раздел состоит из словесных головоломок на английском языке. Естественно, здесь приводятся задания на русском языке. Мы старались сохранить оригинальную идею; часть головоломок мы придумали сами, а часть взяли в свободном доступе по адресу: http://www.treningmozga.com; http://2yxa.ru/golovolomka; http://detichaik.ru/nikitkina-stranica/golovolomki-s-bukvami-a.html. Прим. ред.

Такие головоломки называются метаграммами. Прим. ред.

Головоломок такого типа нет в тексте автора, но мы решили их включить, поскольку они оригинальны, остроумны и их решение требует чувства юмора. Взято с сайта http://www.smekalka.pp.ru. Прим. ред.

Одна из самых престижных академических должностей в мире; названа по имени ее учредителя Генри Лукаса, чье наследство по завещанию обеспечивало финансирование должности профессора математики в Кембриджском университете. Прим. ред.

Высокоэффективная программа развития умственных способностей при помощи арифметических вычислений на счетах (абак, соробан). В отличие от обычной арифметики упражнения на счетах задействуют оба полушария головного мозга, что способствует их гармоничному развитию. Прим. ред.

Здесь приведены номера слов в последовательности seven… eleven. Прим. ред.

Динарий – римская серебряная монета, ходившая во времена Республики и начала Империи, впервые была отчеканена в 268 г. до н. э. Солид – римская золотая монета, выпущенная в 309 г. императором Константином. Прим. ред.

Драхма – денежная единица в Древней Греции, а также в современной Греции до введения евро. Прим. ред.

7-Eleven («Семь-одиннадцать») – сеть небольших магазинов в разных странах мира; нынешний владелец – компания Seven-Eleven Japan. В самом начале магазины работали с 7 утра до 11 вечера, поэтому и получили такое название. Прим. пер.

Издана на русском языке: Роуз Болл У., Коксетер Г. Математические эссе и развлечения. М.: Мир, 1986.

От франц. ménage – «домашнее хозяйство» или «организация домашнего хозяйства». Прим. ред.

Головоломка называется водной потому, что, как известно, Н₂О – это формула воды. Прим. ред.

Издана на русском языке: Дьюдени Г. Кентерберийские головоломки. М.: Аргументы недели, 2016.

Мне нужна ваша помощь – чтобы посадить девять деревьев в десять рядов, по три дерева в каждом ряду. Решите эту задачу, о большем не прошу. Прим. пер.

Эрнест – второе имя Генри Дьюдени. Прим. ред.

Теория узлов – изучение вложений одномерных многообразий в трехмерное евклидово пространство или в трехмерную сферу. Прим. ред.

Вильгельм I Завоеватель – герцог Нормандии, организатор и руководитель нормандского завоевания Англии. Стал королем Англии в 1066 году. Прим. ред.

В русском языке принято французских королей по имени Луи называть Людовиками. Прим. ред.

От англ. tangled – сложный, запутанный, перевитый. Прим. ред.

Дельтоид – четырехугольник с двумя парами смежных равных сторон. Прим. ред.

Головоломка построена на основе английского языка. Однако для ее решения достаточно знать только написание чисел по-английски, что, несомненно, известно большинству читателей книги, поэтому мы оставили условия без изменений. Прим. ред.

«Пришлите еще денег» (англ.). Прим. пер.

Double, double, toil and trouble; Fire burn and cauldron bubble («Двойная работа, двойная забота, / Огонь гори, котел кипи») – слова ведьм в трагедии Уильяма Шекспира «Макбет» (акт IV, сцена 1; перевод Виталия Раппопорта). Прим. пер.

When I’m Sixty-Four – название песни группы Beatles. Прим. пер.

Назовем точку, в которой сходится нечетное количество линий, нечетной, а ту, в которой сходится четное количество линий, четной. Вот полное правило, при условии соблюдения которого можно нарисовать изображение, не отрывая карандаша от бумаги:

1) если в изображении нет нечетных точек, то его можно нарисовать одним движением, не отрывая карандаша от бумаги, начиная с любого места;

2) если в изображении две нечетные точки, то его можно нарисовать непрерывным движением, причем начинать нужно с одной нечетной точки, а заканчивать в другой;

3) если в изображении более двух нечетных точек, то его нельзя начертить одним движением карандаша.

Эти правила – парафраз теорем из теории графов. Прим. ред.

Это решение является следствием известной из школьного курса геометрии теоремы о том, что при пересечении сторон угла параллельными прямыми на сторонах угла отсекаются пропорциональные отрезки. Прим. ред.

SAT (Scholastic Assessment Test) – унифицированный тест для зачисления в колледжи США. Прим. ред.

Вот короткое математическое решение этой задачи без лишних рассуждений. Обозначим буквой V общий вес картофеля после испарения. После испарения 1 кг картофеля составляет 2 % веса V, то есть 1 = (2 %)V = 0,02V. Отсюда получаем V = 1/0,02 = 50. Что и требовалось доказать. Прим. ред.

Чтобы не использовать лишние нули, так как это запрещено условием задачи, здесь оставлена американская форма записи дробей, когда 0 перед десятичной точкой можно опускать. Прим. ред.

Противоречие заключается в том, что буквы E, O, N явно встретятся в этом кроссворде более одного раза. Прим. ред.