當n=12時,就是著名的12球問題,它的表述如下:有12個外表一模一樣的球,其中有一個怪球重量不同於其他11個正常球。隻允許使用三次天平,如何找出怪球並弄清輕重?
在給出12球問題解答之前,我們先定義帶信息的球。我們的球有灰白黑綠四種顏色,它們的具體含義是:綠色代表正常球,白色球表示它可能是正常球也可能是怪球,但如知道它是怪球則它比正常球輕,黑色球表示它可能是正常球也可能是怪球,但如知道它是怪球則它比正常球重。換句話說,白色黑色球含有部份信息,如果知道它是怪球,就知道它是輕還是重了。灰色球則沒有任何信息,即便我們知道它是怪球,它是輕是重還得進一步確定。
一開始12個球都是灰色球。
各取4球分別放在天平的兩側。分兩種情況分析。
第一種情況,兩邊相等,8個球均是正常球,塗上綠色,還剩4個灰色球。取3個綠色球放天平一側,3個灰色球放另一邊。如兩邊相等,將3個灰色球塗上綠色,剩下一個灰色球(和一個綠色球)再稱一次便知輕重了。如兩邊不等,給3個灰球塗上顏色:灰球重則塗黑,輕則塗白。剩下的灰球是是正常球,塗綠。最後三個白球或者黑球,再稱一次可找到壞球。如壞球為白則輕,為黑則重,無需再稱了。以白球為例,天平兩邊各放一個白球,如兩邊想等則為正常球,都塗綠,最後的白球是怪球並且較輕;如兩邊不等則輕的為怪,其它的白球塗綠。
第二種情況,兩邊不等,未稱的4個灰球為正常球,塗上綠色。剩下的8個球,分別塗上白色黑色:重的那邊為黑,輕的那邊為白。取兩個白球放天平左邊,兩個白球放天平右邊,天平左右各加一個黑球。如兩邊相等,天平上的球全部正常,塗上綠色,剩下的兩個黑球分放天平兩側再稱一次可知重的那個為怪球。如兩邊不等,說明怪球要麽在輕的那邊兩個白球之中,要麽是重的那邊的黑球,如何確定是哪種呢?將懷疑中的白球分放在天平兩邊再稱一次便知。
12球問題是個大家耳熟能詳的問題,但這個特殊解法卻是作者自己想出來的。我最早把這個解法告訴女兒,她為此專門做了一期視頻,在油管上發表,標題是 “Can you solve the classic 12 marbles riddle?”,有興趣的讀者不妨找來看看。