Как среди 12 монет найти фальшивую

Время на прочтение
3 мин

Количество просмотров 74K

Дано: 12 монет, одна из них фальшивая, отличается только весом. Неизвестно легче или тяжелее. Даны рычажные весы, которые показывают, что груз с одной из сторон тяжелее. За 3 взвешивания необходимо найти фальшивую монетку.

Из опыта советую не спешить, решать письменно. Головоломка «12 монет, 3 взвешивания» несколько раз возникала в моей жизни. Первый раз ее задал мне мой товарищ-олимпиадник, решил я ее после олимпиады и пришлось пару часиков поломать голову. И через несколько лет она далось мне не сразу. Если желаете решить самим — делайте на листочке.

Ниже будет разбор и этапы решения. Этапы проведут по универсальной методике решения задач, которая применима как к программированию, так и к жизни. Благодаря подходу решение головоломки станет простым.

Предлагаю вам, прежде чем читать предложить решение. У вас есть ответ? Проверенный?

Если бы это было программного обеспечения вопросы были бы следующие: «Вы запрограммировали, протестировали алгоритм? Рассмотрели тестовые случаи и проверили их?».

Как показывает опыт, чтобы решить требуется нарисовать дерево решений и проверить все 12 случаев.

image

1. Подсказки

В процессе решения поможет:

1) Понижение энтропии (меры неопределенности) и ответы на вопросы:

  • Что узнали на предыдущем шаге?
  • Что снижает неопределённость?
  • Какой информацией располагаем?
  • Что еще нужно узнать?

Вопросы подходят для любой задачи, проектов. Ответы на них помогают в снижении рисков срыва сроков, перерасхода бюджета и получения нагоняя от начальства.

2) Декомпозиция. Подход от простого к сложному. Если подготовить решение простейших случаев, затем использовать их для решения задачи (алгоритм разделяй и властвуй) то, будет проще, чем представлять всю ситуацию в голове.

Алгоритмы «разделяй и властвуй» разбивают задачу на две или более подзадачи того же типа, но меньшего размера до элементарных задач и объединяют их решения для получения ответа к исходной задаче.

Составьте вопросы для декомпозиции. Какие бы вы предложили?

2. Декомпозиция

Какие вопросы вы сформулировали для декомпозиции? Есть совпадения?

1) Какая ситуация самая элементарная? Что можем сделать за одно взвешивание?

За одно взвешивание можем определить, какая монета тяжелее, равен ли вес монет.

2) Если у нас 2 монеты, и, известно, фальшивая тяжелее или легче. Как за одно взвешивание определить фальшивую?

Необходимо взвесить монеты, и в зависимости от стрелки весов определить фальшивую.

3) Если у нас 2 монеты, и, не известно, фальшивая тяжелее или легче, как за одно взвешивание определить фальшивую?

Взвесив одну из 2-х представленных монет с третьей монетой, про которую известно, что она подлинная.

4) Если у нас 3 монеты, и, известно, фальшивая тяжелее или легче. Как за одно взвешивание определить фальшивую?

Необходимо сравнить любые две из этих монет, если они равны, фальшивой является третья монета.

5) Если у нас 3 монеты, и, неизвестно, фальшивая тяжелее или легче. Можно ли определить фальшивую за одно взвешивание?

К сожалению, нет.

6) Если у нас 4 монеты, и, неизвестно фальшивая тяжелее или легче, можно определить фальшивую за одно взвешивание?

К сожалению, нет.

7) Если у нас 4 монеты, и, неизвестно, фальшивая тяжелее или легче, за сколько взвешиваний можно определить фальшивую?

За два взвешивания.

Далее из элементарных случаев соберем ситуации из 8, 9, 10, 11 и 12 монет. Как вы видите решение?

Ниже полное решение.

3. Решение

Первый шаг: разделим монеты на 3 группы по 4: 1 2 3 4, 5 6 7 8, 9 10 11 12.

Сравним первые две группы. Возможны три варианта:

  1. первая группа тяжелее;
  2. вторая группа тяжелее;
  3. равны.

image

1) Если группы равны, то фальшивая монета находится в третьей группе. Необходимо найти фальшивую монету из 4 монет за два взвешивания.

image

Делим третью группу на две: 9 10 11 12

Сравниваем 9 и 10:

  • если они равны, то фальшивая монета во второй группе – сравниваем 9 и 11. Если 9 и 11 равны — то фальшивая – 12, если нет -11
  • если они не равны, то фальшивая в первой группе – сравниваем 10 и 12. Если 10 и 12 равны – фальшивая – 9, если нет – 10.

Таким образом мы нашли фальшивую монету.

2) Рассмотрим второй случай. Если первая группа тяжелее второй, то присваиваем первой группе знак «>», второй группе знак «<», третьей группе – «0».

image

Делим монеты на группы 1 9 10 11 и 5 2 3 4, взвешиваем. Возможны три варианта:

  • Равны. Фальшивая монета находится среди чисел: 6 7 8. Сравниваем 6 и 7, если равны – фальшивая — 8, если 6 больше, то фальшивая – 7, если 7 больше, то фальшивая – 6, так как в данном случае фальшивая монета легче.
  • Первая группа тяжелее, то фальшивая монета либо 1, либо 5. Сравниваем 1 и 9, если они равны – фальшивая монета — 5, если нет — 1.
  • Первая группа легче, то фальшивая среди монет 2 3 4, так как известно, что 9, 10 и 11 настоящие, и перевесить вторая группа может только за счет монет 2, 3 и 4. Сравниваем 2 и 3, если равны – фальшивая 4, если 2 тяжелее, то фальшивая – 2, иначе 3-я является фальшивой.

3) Случай когда вторая группа тяжелее первой, аналогичен второму.

image

Общая диаграмма «Дерева решений» представлена ниже.

image

Заключение

При поступлении задачи на доработку или отладку хорошо применить рассмотренный выше подход:

  1. Определиться, что дано?
  2. На какие элементарные случаизадачи можно разложить?
  3. Что неизвестно для решения задачи? Какие эксперименты нужно провести, чтобы снизить энтропию?
  4. Выполнить.
  5. Задача решена? Нет? Вернуться к шагу 1.

Успешных решений.

Есть 12 монет, одна из которых фальшивая. При этом неизвестно, в какую сторону она отличается от настоящих, т.е. она может быть как легче, так и тяжелее. В вашем распоряжении чашечные весы без гирь, как в аптеке. Нужно за три взвешивания найти фальшивую монету, а также выяснить, тяжелее она или легче.

Решение
Для удобства пронумеруем монеты от 1 до 12.

Первым взвешиванием сравним две группы по четыре монеты: 1, 2, 3, 4 и 5, 6, 7, 8.

Случай I: первое взвешивание показало равенство
Если весы покажут равенство, то фальшивая монета находится среди оставшихся четырёх монет. Тогда вторым взвешиванием мы сравним три монеты 9, 10, 11 с заведомо настоящими 1, 2, 3.

Если и в этот раз весы покажут равенство, то фальшивка — монета номер 12, и третьим взвешиванием мы сравним её с настоящей и узнаем, легче она или тяжелее.

Если же три монеты 9, 10, 11 оказались легче (тяжелее), то третьим взвешиванием сравним друг с другом монеты 9 и 10. Если они равны, то монета 11 — фальшивая, и она легче (тяжелее) настоящей. Иначе заключаем, что из монет 9 и 10 фальшивая та, которая легче (тяжелее) другой.

Случай II: первое взвешивание показало неравенство
Теперь предположим, что первое взвешивание показало, что монеты 1, 2, 3, 4 тяжелее, чем 5, 6, 7, 8. Случай, когда первые монеты оказались легче, симметричен.

Во втором взвешивании на одну чашу поместим монеты 1, 2, 5, а на другую — монеты 3, 4, 9 (монета 9 — заведомо настоящая).

Если второе взвешивание показало равенство, то у нас остаются три монеты 6, 7, 8, одна и которых легче остальных. Третьим взвешиванием сравниваем монеты 6 и 7. Если они равны, то монета 8 легче остальных. Иначе фальшивой является та, которая легче другой.

Теперь предположим, что во втором взвешивании монеты 1, 2, 5 оказались тяжелее, чем 3, 4, 9. Это означает, что фальшивка находится среди монет 1 и 2, причём она тяжелее остальных. Сравнив в третьем взвешивании эти две монеты друг с другом, мы определим фальшивую.

Предположим, что во втором взвешивании монеты 1, 2, 5 оказались легче, чем 3, 4, 9. Это означает, что либо монета 5 легче остальных, либо одна из монет 3 и 4 тяжелее остальных. Третьим взвешиванием мы сравним друг с другом монеты 3 и 4 и найдём ответ.

Разминка для мозга: сможете решить задачу про фальшивую монету? Проверьте!


25 августа 2020

Отдых

Есть 12 монет, среди них одна поддельная. Помогите математику обнаружить её всего за три взвешивания.

Фото автора Анастасия Сукманова

Анастасия Сукманова

Разминка для мозга: сможете решить задачу про фальшивую монету? Проверьте!

Избранное

За критику налоговой системы император заточил в темницу величайшего математика страны. Но однажды пленнику представился шанс вновь обрести свободу. Один из 12 наместников императора уплатил налог фальшивой монетой, которая уже попала в казну. Император пообещал освободить математика, если тот сумеет найти подделку.

Кадр: TED‑Ed/YouTube

Перед пленником поставили стол, на котором были чашечные весы, карандаш и 12 одинаковых на вид монет. А потом сказали, что фальшивка отличается от остальных денег по весу в большую или меньшую сторону. Взвесить монеты разрешили лишь трижды. Как математику вычислить подделку?

Показать ответ

Скрыть ответ

Читайте также

  • Сложная задачка про голубоглазых пленников, которые застряли на острове
  • Задача про пленников и колпаки, цвет которых нужно определить
  • Задача про тайник Леонардо да Винчи, в который не так-то легко пробраться

  • Ohgami

    10/28/2009 at 16:52

    Жестокая задачка… Решать предлагаю так.

    Ответ спрятан модератором. Смотри выше.

    Ответить

    • nfy

      10/30/2009 at 20:29

      Можно еще усложнить условия: За три взвешивания нужно не только найти фальшивую, но и сказать тяжелее она или легче.

      Ответить

  • ДружбаН

    06/04/2011 at 22:02

    Рассмотрим теперь вариант (*) — (1) < (2). Т.е. или 1 или 2 тяжелее, или 6 легче. Тогда третьим шагом взвесим монеты 1 и 2.

    Если 1 2 — 2-я фальшивая.

    А кто объяснеит откуда берётся последний вывод?

    Рассмотрим случай, когда:

    1 взвешиванме: 1234<5678

    2 взвешивание: 125<346

    как видим в обоих взвешиваниях 1 и 2 монеты лежали на одной чаше.

    Мы не знаем фальшивая легче или тяжелее, но делаем вывод: Если 1 2 — 2-я фальшивая.

    Откуда он берётся? обоснуйте?

    Ответить

  • Святослав

    07/11/2011 at 21:04

    Откуда он берётся? обоснуйте?

    1 взвешивание: 1234<5678

    2 взвешивание: 125<346

    По ходу решения монета 1 или монета 2 легче остальных. Та монета, которая легче и ечть фальшивая

    Ответить

  • Sny

    11/23/2011 at 02:19

    хе… а я не догадалась нумеровать монеты, поэтому решение у меня получилось многословное)))

    Делим на кучки 4+4+4: по 4 монеты на каждой чашке весов и 4 монеты остались на столе.

    1. Первое взвешивание: вариант — равновесие и, следовательно, обе кучки состоят из настоящих монет, а фальшивая – в отложенной кучке из четырех монет. Тогда на одной чашке весов оставляем 3 монеты (одну снимаем и кладем на стол отдельно), а на другой чашке снимаем взвешенные монеты и кладем 3 монеты из первоначально отложенных.

    1.1. Второе взвешивание: вариант — новые кучки одинаковы по весу и, следовательно, на весах настоящие монеты. Тогда фальшивая монета – оставшаяся не взвешанной (тут остается тайной – тяжелей она, чем настоящая, или легче, но выяснение этого вопроса в задаче не требуется).

    1.2. Второе взвешивание: вариант — новые кучки разные по весу, но про одну из них мы точно знаем, что там все настоящие. Следовательно, мы выясняем, тяжелей фальшивая монета (которая находится в замененной кучке) или легче. В этом варианте нужно еще одно взвешивание: замененную кучку из трех монет раскладываем так – по одной монете на чашках весов и одна в стороне.

    1.2.1. Третье взвешивание: вариант — равновесие, значит фальшивая – на столе.

    1.2.2. Третье взвешивание: вариант — весы не уравновешены, но мы знаем (из предыдущего взвешивания), которая из монет фальшивая – более тяжелая или более легкая.

    2. Первое взвешивание: вариант — первоначальные кучки из четырех монет разные по весу и, следовательно, фальшивая в одной из них, а на столе все 4 монеты заведомо настоящие. Помечаем монеты из более легкой кучки «л», более тяжелой «т» и настоящие монеты на столе «н». Из восьми «подозреваемых» монет две «л» кладем на одну чашку весов, и другие две «л» — на вторую. К первой паре добавляем одну настоящую, а ко второй – одну «т».

    2.1. Второе взвешивание: вариант — 2л1н = 2л1т. Следовательно, все эти монеты настоящие, а фальшивая монета – в оставшейся кучке их трех «т». Кроме того ясно, что фальшивая монета тяжелей настоящей, поскольку все «л» реабилитированы. Оставшиеся 3т раскладываем по одной монете на чашки и одну на стол.

    2.1.1. Третье взвешивание: вариант — равновесие, значит фальшивая – на столе.

    2.1.2. Третье взвешивание: вариант — весы не уравновешены, но мы знаем (из предыдущего взвешивания), что более тяжелая монета — фальшивая.

    2.2. Второе взвешивание: вариант — 2л1н 2л1т. Следовательно, фальшивая – среди двух «л» на более легкой чашке.

    2.3.1. Третьим взвешиванием выясняем, которая из двух легче.

    Ответить

  • Sny

    11/23/2011 at 02:22

    ну про знаки вы догадались, где потеряны))

    Ответить

  • Sny

    11/23/2011 at 02:24

    блин, и часть текста потерялась…((((

    Ответить

  • донке хот

    12/15/2011 at 12:18

    вообщето за 3 взвешивания можно найти фальшивую из 27 монет. а не из 12

    Ответить

  • донке хот

    12/15/2011 at 12:20

    делим на 9,9 и 9

    любые две кучи на весы, если равно, то фальшивая в третей куче, если не равно, то фаль…

    а не, вру, не учел условие «Причем мы НЕ знаем тяжелее или легче фальшивая монета», сорри

    Ответить

  • ни одного правильного решения не вижу, я решил задачу, Sny близок к ответу но не совсем, 1/12 получится что у него монета попадет не на весы, и останется на выбор 1 из 2х неизвестных.

    Ответить

  • тут Spy предлагает:

    2.1. Второе взвешивание: вариант — 2л1н = 2л1т. Следовательно, все эти монеты настоящие, а фальшивая монета – в оставшейся кучке их трех «т». Кроме того ясно, что фальшивая монета тяжелей настоящей, поскольку все «л» реабилитированы. Оставшиеся 3т раскладываем по одной монете на чашки и одну на стол.

    Он предлагает снять по 3 с каждой чаши с легкой и тяжелой и доложить по одной эталонной, и получается 2 варианта или уравновесились или нет

    если уравновесились значит снял фальшивую и она одна из 6ти снятых если неуравновеслись то она осталась на весах и тут все просто

    А если они уравновесились то 50/50 что он угадает в какой из 3х искать тк мы не знаем она легче или тяжелее

    Ответить

  • Первое действие поделить на 3 кучи по 4 это верно, если в этом случае уравновесятся то дальше верно пишете, нет смысла повторять

    А вот если не уравновесились то второе действие таково по 1 монете с каждой стороны меняем местами оставшиеся 3 с любой чаши меняем на 3 из эталонных и тогда возможно 3 варианта:

    1. весы перекулились в обратную сторну тогда все просто это 1 из 2х которые поменяли местами

    2. весы уравновесились тогда она в 3х которые мы сняли с весов и поменяли на эталонные

    3. весы остались в том же положении тогда она в 3х которые мы вообще не трогали на весах

    ну а в 3е действие как найти 1 из 3 имея эталонные думаю понятно всем, кидае 1 снимаем, 1 кидаем на одну чашу, 1 на вторую чашу

    если уравновесились значит та что сняли, если неуравновесились то она одна из 2х на весах и теперь по второму действию смотрим эта монета была в куче которая была легче или тяжелее и определяем какая из них фальшивая

    Ответить

  • Ваге

    07/08/2012 at 01:15

    Предлагаю альтернативное решение: После первого взвешивания (когда первые четыре тяжелее вторых четырех или наоборот)обозначить первую четверку Т(тяжелые) вторую — Л(легкие), а третью четверку Н(нормальные).

    Второе взвешивание: ТТТЛ-НННТ.

    Вариант 1) ТТТЛ>НННТ значит фальшивая слева и среди трех Т, далее взвесим Т-Т если равно, то фальшивая оставшаяся Т, если не равно — соответственно фальшивая та, которая оказалась тяжелей

    Вариант 2) ТТТЛ<НННТ Значит фальшивая слева и она Л. либо справа и она Т. Одну из них взвесим с Н и определим фальшивую

    Вариант 3) ТТТЛ=НННТ значит фальшивая в оставшихся ЛЛЛ, которые не попали на весы во втором взвешивании. Взвесим любые две из них между собой если равно , то третья если нет то та, которая легче.

    Ответить

  • делим на 3 кучки по 4 монеты.Взвешиваем любые 2 из них,

    Итак, после 1 взвешивания мы видим, что одна кучка перевесила другую,тут две возможности: либо фальшивая среди 1,2,3,4 (первой кучки) и она тяжелее либо среди 5,6,7,8 (вторая кучка) и она легче, плюс мы имеем 3 кучку в которой монеты-нормальные.Обозначим монеты первой кучки -монетами Т, потому что они имеют шанс быть фальшивыми, причем тяжелыми,аналогично монеты второй кучки-монеты Л,ну и нормальные монеты-монеты Н.

    Второе взвешивание будет следующее: на одной чаше Н Н Л Т (кучка А) , на другой Л Л Т Т (кучка Б), в сторонке лежат Л и Т (всего 8 монет-кандитатов на фальшивку 4 на легкую и 4 на тяжелую).Возможны 3 варианта.

    Весы показали равенство-монета фальшивка среди монет, которые лежали в сторонке, сравниваем (3 взвешивание) любую из них с Н, определили фальшивую монету(не забываем, что значит Л и Т).

    Весы показали А>Б, имеем Т из первой кучки и Л Л из второй кучки,аналогично если

    весы показали А Н Н , фальшивка Т.

    Весы Л Т < Н Н , фальшивка Л.

    Ответить

  • Петр

    09/05/2013 at 11:00

    Проведем взвешивание групп по 4 монеты, и рассмотрим вариант, когда одна группа монет тяжелее другой.

    После взвешивания выделим группы T,L и N

    T={t1,t2,t3,t4}(тяж); L={L1,L2,L3,L4}(легк); N={n1,n2,n3,n4}(этал)

    Сформируем 2 группы A={t1,t2,t3,L1};B={t4,n1,n2,n3} и взвесим.

    Рассмотрим варианты:

    A=B: фальшивка легкая в группе {L2,L3,L4}, сравниваем L2 и L3

    Варианты: L2=L3 => L4 — Фальшивая

    L2>L3 => L3 — Фальшивая

    L2 L2 — Фальшивая

    A>B: фальшивка тяжелая в группе {t1,t2,t3}, сравним t1 и t2

    Варианты: t1=t2 => t3 — Фальшивая

    t1>t2 => t1 — Фальшивая

    t1 t2 — Фальшивая

    A<B: фальшивка либо L1 (легкая) либо t4 (тяжелая). Здесь 2 варианта: сравниваем с эталонной монетой либо L1, либо t4 (например L1n4) если L1<n4 то L1-фальшивка, если L1=n4 то t4 — фальшивка

    ————————————————-

    Рассмотрим вариант, когда группы T и L имеют одинаковый вес, тогда фальшивка в группе N, переименуем группу N в U={u1,u2,u3,u4}

    а T и L объединим в группу T+L=N={n1,n2,n3,n4,n5,n6,n7,n8}

    сравним A={u1,u2,u3}B={n1,n2,n3} и рассмотрим варианты:

    A=B: значит u4-фальшивка, сравниваем u4n4 и выясняем тяжелая она или легкая.

    A>B: фальшивка тяжелая, сравниваем u1u2

    Варианты: u1=u2 => u3 — фальшивка,

    u1>u2 => u1 — Фальшивка,

    u1 u2 — фальшивка

    A<B: фальшивка легкая, аналогично сравниваем u1u2

    Варианты: u1=u2 => u3 — фальшивка,

    u1>u2 => u2 — фальшивка,

    u1 u1 — фальшивка

    Ответить

  • Петр

    09/05/2013 at 11:03

    Знак меньше и сравнения съело.

    Ответить

  • Делим 12 монет на 4 группы по 3 монеты

    Сравниваем первую со второй и первую с третьей. Четвертую пока не трогаем.

    У нас возможны ледующие варианты

    1. Все три группы равны. Это означает что обе нестандартные монеты в одной из этих групп вместе.
    2. Первая группа перевешивает вторую и третью или наоборот, легче второй и третьей, симметричные ситуации.
    3. Первая группа оказывает равной с одной из вдух других, но отличается от другой.

    Третий вариант самый легкий. Тут в равных группах получается, что все монеты отличаются, а в той, что легче или тяжелее первой, будет одна из нестандартных монет. Вторая будет в 4-й группе, которую не трогали.

    Нам потербуется еще 2 взвешивания, чтобы выявить каждую из монет. Для этого в группе, где есть нестандартная монета, надо взвесить друг с другом 2 из трех монеты. Они будут или равны друг другу, тогда третья монета отложена, либо одна будет перевешивать, но мы знаем для каждого случая, более легкая там или более тяжелая. Так что потребуется в этом случае 4 взвешивания.

    Вариант 2 немного труднее. Поскольку если группа 1 отличается от группы 2 и 3, то мы не знаем равны ли группа 2 и 3 друг другу. Нам потребуется еще одно взвещивание друг с другом группы 2 и 3, и тогда станет ясно, в какой группе легкая. а в какой тяжелая. ТАким образом. во втором случае нам потребуется 5 взвешиваний.

    Самый трудный вариант первый, когда после двух взвешиваний получилось равенство. Значит, обе нестандартных монеты монеты вместе.

    Тогда мы выделяем в каждой кучке монеты под номером 1, 2 и 3. Монету с номером 1 передвигаем попарно между кучками. Т.е. в кучке 3 меняем монету на кучку 1 и наоборот. Т.е. Если мы угадали монету, ту изменится вес либо кучки 1 и 3, либо кучки 2 и 4. Поэтому сравниваем, допустим, кучки 2 и 1. Если они отличается, то потребуется еще 1 взвешивание, чтобы определить, из какой кучки монета, а потом еще одно, чтобы сравнить 2 оставшиеся из этой же кучки. ЕСли же они равны, то монеты с номером 1 удаляем, и тут уже понятно, что в одной кучке тяжелая и легкая монта. Тут тоже потребуется 2 взвешивания.

    Таким образом. в худшем случае потребуется 5 взвешиваний.

    Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как найти площадь многоугольника зная его стороны
  • Как найти глагол прошедшего времени женского рода
  • Как составить график питания для набора мышечной массы
  • Как составить ребусы к словами
  • Как найти площадь строения