天平与假币问题

天平与假币

假设现在有12枚硬币,已知其中有一枚是假币,但是不知道这枚假币是重还是轻;假如现在给你一架没有砝码的天平,那么你至少需要称量多少次才能找出这枚假硬币。。

问题分析

随机将12枚硬币等分成3组,每组4个,分别标记为A,B,C;

取A和B,分别放在天平的两端(A放左边,B放右边),称重,有以下三种结果:

1)如果天平平衡,表明A和B中都没有假币,

2)A比B重;

3)A比B轻;

明显,第二种和第三种情况可以合并成一种来进行分析;

天平平衡的情况

天平平衡,说明A和B中都没有假币,假币一定在C组中,将C组的四枚硬币分别编号为1,2,3,4;

取出硬币1和2放于天平上称量,如果平衡,说明硬币1和2都是真的,那么硬币3和4中一定有假币;

取出1和3称重,如果天平不平衡,说明3就是假币;

如果天平平衡,说明3也是真的,那么4就是假币;

A比B重的情况

A比B重,说明假币肯定在A和B中,C中的都是真硬币;于是将A中的四个硬币分别编号为5,6,7,8,B中的分别编号为9,10,11,12,而C中的分别1,2,3,4,即:

5678 > 9101112    公式一

取出硬币5,6和9放在天平的左端,硬币7,8和1放在天平的右端,称重,同样有三种情况:

1)天平平衡:说明假币在B组的6,7和8中,且假币轻;

2)左端比右端重:说明5和6中有假币,且假币重;因为在公式一的条件保证下,不可能9是假币;也不可能是7和8;

3)左端比右端轻:说明a)3和4有假币,且假币重;b)5是假币,且假币轻;

针对上面的几种情况,都至多需要再称重一次就可以找到假币是谁;

理论验证

对于每一次的天平称重,都存在三种情况:平衡、左边重,右边重;

如果把每一次称重当做一位编码,那么该编码就是三进制的,这时问题就转化为,12枚硬币需要多少位才够编码呢?

因为假币的轻重未知,所以有两种可能,因此12变成24,那么用三进制来表示24,需要多少位呢?

设需要n位,则3的n次方≥24,解得:n≥2.89,因此至少需要3刺称重才能找到假币。



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