对策问题
研究这种竞赛策略数学分支,叫作博弈论,也叫对策论,它是运筹学中一部分
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专题简析:
同学们都熟悉“田忌与齐王赛马”故事,这个故事给我们启示是:田忌采取了“扬长避短”策略,取得了胜利。
生活中许多事物都蕴含着数学道理,人们在竞赛和争斗中总是玩游戏,大至体育比赛、军事较量等,人们在竞赛和争斗中总是希望自己或自己所在一方获取胜利,这就要求参加竞争双方都要制订出自己策略,这就是所谓“知己知彼,百战不殆”。哪一方策略更胜一筹,哪一方就会取得最终胜利。
处理这类问题普通采取逆推法和归纳法。
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智取火柴
在数学游戏中有一类取火柴游戏,它有很各种玩法,因为游戏规则不一样,取胜方法也就不一样。但不论哪种玩法,要想取胜,一定离不开用数学思想去推算。
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例1桌子上放着60根火柴,甲、乙二人轮番每次取走1~3根。要求谁取走最终一根火柴谁获胜。假如双方都采取最正确方法,甲先取,那么谁将获胜?
分析与解:本题采取逆推法分析。获胜方在最终一次取走最终一根;往前逆推,在倒数第二次取时,必须留给对方4根,此时不论对方取1,2或3根,获胜方都能够取走最终一根;再往前逆推,获胜方要想留给对方4根,在倒数第三次取时,必须留给对方8根……由此可知,获胜方只要每次留给对方都是4倍数根,则必胜。现在桌上有60根火柴,甲先取,不可能留给乙4倍数根,而甲每次取完后,乙再取都能够留给甲4倍数根,所以在双方都采取最正确策略情况下,乙必胜。
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在例1中为何一定要留给对方4倍数根,而不是5倍数根或其它倍数根呢?关键在于要求每次只能取1~3根,1+3=4,在两人紧接着两次取火柴中,后取总能确保两人取总数是4。利用这一特点,就能分析出谁采取最正确方法必胜,最正确方法是什么。由此出发,对于例1各种改变,都能分析出谁能获胜及获胜方法。
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例2在例1中将“每次取走1~3根”改为“每次取走1~6根”,其余不变,情形会怎样?
分析与解:由例1分析知,只要一直留给对方(1+6=)7倍数根火柴,就一定获胜。因为60÷7=8……4,所以只要甲第一次取走4根,剩下56根火柴是7倍数,以后总留给乙7倍数根火柴,甲必胜。
由例2看出,在每次取1~n根火柴,取到最终一根火柴者获胜要求下,谁能做到总给对方留下(1+n)倍数根火柴,谁将获胜。
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例3将例1中“谁取走最终一根火柴谁获胜”改为“谁取走最终一根火柴谁输”,其余不变,情形又将怎样?
解:最终留给对方1根火柴者必胜。按照例1中逆推方法分析,只要每次留给对方4倍数加1根火柴必胜。甲先取,只要第一次取3根,剩下57根(57除以4余1),以后每次都将除以4余1根数留给乙,甲必胜。
由例3看出,在每次取1~n根火柴,取到最终一根火柴者为输要求下,谁能做到总给对方留下(1+n)倍数加1根火柴,谁将获胜。
有许多游戏即使不是取火柴形式,但游戏取胜方法及分析思绪与取火柴游戏完全相同。
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例4两人从1开始按自然数次序轮番依次报数,每人每次只能报1~5个数,谁先报到50谁胜。你选择先报数还是后报数?怎样才能获胜?
解:对照例1、例2能够看出,本例是取火柴游戏变形。因为50÷(1+5)=8……2,所以要想获胜,应选择先报,第一次报2个数,剩下48个数是(1+5=)6倍数,以后总把6倍数个数留给对方,必胜。
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例51111个空格排成一行,最左端空格中放有一枚棋子,甲先乙后轮番向右移动棋子,每次移动1~7格。要求将棋子移到最终一格者输。甲为了获胜,第一步必须向右移多少格?
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分析与解:本例是例3变形,但应注意,一开始棋子已占一格,棋子右面只有1111-1=1110(个)空格。由例3知,只要甲一直留给乙(1+7=)8倍数加1格,就可获胜。
(111-1)÷(1+7)=138……6,
所以甲第一步必须移5格,还剩下1105格,1105是8倍数加1。以后不论乙移几格,甲下次移格数与乙移格数之和是8,甲就必胜。因为甲移完后,给乙留下空格数永远是8倍数加1。
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例6今有两堆火柴,一堆35根,另一堆24根。两人轮番在其中任一堆中拿取,取根数不限,但不能不取。要求取得最终一根者为赢。问:先取者有何策略能获胜?
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分析与解:本题即使也是取火柴问题,但因为火柴堆数多于一堆,故本题获胜策略与前面例题完全不一样。
先取者在35根一堆火柴中取11根火柴,使得取后剩下两堆火柴数相同。以后不论对手在某一堆取几根火柴,你只须在另一堆也取一样多根火柴。只要对手有火柴可取,你也有火柴可取,也就是说,最终一根火柴总会被你拿到。这么先取者总可获胜。
请同学们想一想,假如在上面玩法中,两堆火柴数目一开始就相同,比如两堆都是35根火柴,那么先取者还能获胜吗?
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例7有3堆火柴,分别有1根