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圆上画点连线,区域数为啥不翻倍
发信人 hugger2003 · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-10-06 11:06
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hugger2003
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前几天翻闲书,又撞见这个老掉牙却怎么看都新鲜的小把戏,忍不住贴出来跟诸位闲扯两句。

在圆周上随手取几个点,把每两个点都用直线连起来,你看这些弦把圆面切成了多少块。一个点的时候整圆一块,两个点连一条线变两块,三个点就是四块,四个点八块,五个点十六条……写到这儿,谁心里不冒出一句“这不就是2的n减1次方嘛”,顺手就替第六个点填好了32。
没事的
结果真画到第六个点,两两连线一共十五条弦,数一数切出来的区域,是31,不是32。那一下的错愕,比算错还好玩。
理解的
后来才晓得真正的门道是 C(n,4)+C(n,2)+1,每添一个点新冒出来的区域数,得看它跟旧弦交出了几个新交点,背后其实是欧拉示性数在管账。没事的直觉一路顺,到第六步突然拐弯,数学里这种温柔的陷阱真不少。

大家还见过什么“前几步骗过所有人”的数列没?

quant
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楼主把公式写出来那一刻我愣了一下,因为前几天恰好拿圆规和尺子手画过第六个点,数出来是30不是31。

后来才反应过来,问题出在我画的是正六边形。C(n,4)+C(n,2)+1 这个式子有个隐含前提:任意三条弦不能共点,也就是点得处在 general position。正六边形六个顶点连出来的三条主对角线全交于圆心那一个点,少算了一个交点…,区域就比31少了一块,是30。

所以"前几步骗人"之外,这里还藏了第二层陷阱:同样n=6,摆法不同答案能差一块。纸上随手画和规规矩矩排点,结果未必一样。

angel2002
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看到第六个点连出来是31而不是32,我也忍不住在屏幕这头轻轻"え?"了一声。那种被自己的直觉轻轻骗了一下、又马上恍然大悟的感觉,真的比一路算对还要让人开心。抱抱

说到前几步都骗过人的数列,我以前翻闲书也撞见过一个:n²−n+41,n从1填到40都是质数,顺手就以为它能一直生质数,结果第41项直接等于41的平方,一下子露馅了。和楼主这个一样,都是前头乖乖顺着你的猜想走,到某一步忽然拐弯。数学里这种温柔的小脾气,真挺招人喜欢的。
抱抱
嗯嗯不知道大家还攒着哪些这样的"伪装高手"数列呀。

azure93
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第六个点那个31真叫人心里轻轻一空,前五个都乖乖翻倍,到这儿忽然拐了弯,像走路哼着歌忽然踩空了一级台阶。数学有意思的地方,大概就是它把这种错愕也算得清清楚楚,不哄你。

iris10
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第六个点那儿从32落到31,读到时像被人轻轻拽了一下袖子。我小时候也爱玩这类数数的把戏,总以为世界该乖乖翻倍,后来才晓得好多"理应如此"只是前几步凑巧温柔。

有一回切西瓜,一刀两瓣、两刀四瓣,第三刀满心以为八瓣,落刀却只能得七瓣——凡"两两相交"的事…,多半在第四下拐弯。这类小陷阱最勾人的,倒不是背后那串公式,而是它悄悄提醒你:顺着直觉走五步都顺,第六步才露真相,而真相往往比猜想少那么一块。

日子里的许多事,似乎也是这般脾性。

maple_ive
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看到31那个数跳出来的时候,我脑子里第一反应是“谁把计算器按坏了”。这种被直觉背刺的感觉太熟悉了,楼主你描述得真贴切,就是那种温柔的陷阱,不疼,但让人愣好一会儿。

前阵子跟几个刚毕业的小朋友聊天,他们做产品预测也特别爱干这种事——看前三个月数据翻倍涨,就敢拍胸脯说下个月还能翻。我当时没直接泼冷水,就让他们自己去算算天花板在哪。嗯嗯,其实道理跟这个圆上画点一模一样,pattern recognition是人类本能,但自然界和真实市场哪有那么多完美的指数增长啊。

说到骗人的数列,Mertens猜想算一个吧。看着前几万个数都乖乖待在正负根号n的范围内,大家都以为这规律铁板钉钉了,结果后来证明存在反例,只是那个反例大到离谱,计算机跑断腿才摸到边。还有Pólya猜想也是,前面九千万个数全符合,到第九千多万零一个突然翻车。数学有时候真的挺调皮的。抱抱

lyric_dog上次好像还提过Borwein积分来着?前面几十个积分值全是pi/2,整齐得像强迫症福音,然后某一步突然就不等于了,连个招呼都不打。

每次碰到这种例子我都会想,我们的大脑是不是出厂设置里就写死了“找规律”这行代码。辛苦了这么多年进化,结果被几个组合数教做人(笑)不过话说回来,要是没有前面那几步完美的2、4、8、16勾引人,谁会愿意往深处多想一层呢。楼主翻的是哪本闲书呀,求个书名,周末正好想找点东西看看。

bronze_us
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我年轻那会儿头回撞上这题,也是想都不想就替第六个点填了32,跟朋友拍胸脯说这规律闭着眼都能续。坦白讲真画出来是31的时候,屋里几个人全愣住了。

这种开头顺得离谱、后头突然拐弯的东西,数学里真不少。我记得有个 n²−n+41,头四十项全是质数,看着跟永动机似的,结果到41一下就散架。

说到底越是前面顺得不正常,越该留半分疑心。生活里好多事也是一个理儿。

bronze_623
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我年轻的时候也觉得"前面都对,后面肯定也对"。后来读到费马那桩旧事,才晓得这念头多容易栽跟头。

费马看 2^(2^n)+1 这串数,头五个 3、5、17、257、65537 全是素数,他差点就放话"后面都是素数"了。有一说一结果第六个 4294967297,被欧拉老老实实拆成了 641 乘 6700417。前五次漂亮得很,第六次才露馅,跟你这圆上的 31 和 32,一个脾气。
嗯…
这种事看多了就明白,人一顺着节奏走,越顺越舍不得停,等拐弯的时候反而最懵。

cynic
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前面五步顺得人完全卸了防,第六步冷不丁甩出个31,那一下"咦"的错愕比算对还过瘾。说到前几步装乖的数列,切西瓜那个也是同款套路,n刀最多切几块,前几项2、4、8看着多老实,后面就露馅成15、26一路跑偏了。

petal__dog
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读到第六个点那里,笔尖也跟着顿了一下。31,不是32。说实话你说那种错愕比算错还好玩,我特别懂——不是答案错了,而是前面四步太顺,顺到让人忘了"顺"本身也可能是个巧合。

人好像天生偏爱秩序。几步之内就替整条路写下预言,仿佛世界理应对我们的直觉温柔一些。可数学在这里悄悄眨了下眼:前面那些漂亮的翻倍,不过是C(n,4)还没醒过来的时候,等它一睁眼,账就不是那么算了。
有一说一
这倒让我想起"黑天鹅"那个老故事。几千年来欧洲人坚信天鹅皆白,直到有人在澳洲看见一只黑的。前一万次的证认,挡不住第三十一步的拐弯。

你问还有什么数列前几步骗过所有人,我倒觉得这种"温柔的背叛"本身最迷人。它不教训人,只是轻轻提醒:未知还在门后头,别急着把钥匙扔了。

clover_48
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说到前几步把人骗得死死的,我第一反应就是切三维蛋糕那个——0刀1块、1刀2块、2刀4块、3刀8块,到第四刀你准脱口而出16,结果人家拐去15,接着26、42一路跑偏,跟楼主这个31简直同款陷阱。

theorem_de
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你提到“前几步骗过所有人”的数列,最经典的例子大概是Moser’s circle problem的亲戚——Mertens conjecture。

这个猜想说的是Mertens函数 M(n) = sum_{k=1}^n mu(k) 满足 |M(n)| < sqrt(n)。其中mu是Mobius函数。计算机刚普及那会儿,大家算到 n=10^8 都发现它老老实实待在界限里,直觉上几乎就把它当定理用了。结果1985年,Odlyzko和te Riele发了篇论文,严格证明了这个不等式在某个充分大的n处必然失效。

有数据吗?有的。后来具体的反例被估算出来,第一个让不等式不成立的n大概在 e^{3.21 * 10^{40}} 附近。这个量级意味着,就算全地球的算力一起跑,暴力枚举也永远碰不到那个点。前10的8次方步都在温柔地误导你,而真相藏在指数塔后面。严格来说

从某种角度看,你帖子里圆分区域的问题和Mertens猜想有一个共同的底层结构:我们太容易把有限样本拟合出的pattern当成generative rule了。n=1到5恰好符合2^(n-1),本质上是低阶组合数 C(n,4) 在 n<6 时恒为0,所以公式退化了。一旦n跨过阈值,高阶项开始贡献,规律立刻拐弯。这在mathematical reasoning里其实是个很严肃的议题,现在AI做automated theorem proving的时候,怎么防止模型在inductive step上过度自信,也是个绕不开的坎。
嗯
其实另外补充一点细节。你说背后是欧拉示性数在管账,具体是什么机制呢?其实就是平面图里的 Euler formula V - E + F = 2。每加一个新点,新增的弦和旧弦的交点数决定了顶点V和边E的增量,代入公式一减,F的增量自然就出来了。值得商榷的是,这里有个隐含前提:任意三条弦不能在圆内共点。如果点不是general position,交点会重合,区域数就会比公式给的少。

petal__dog上次好像也提过类似的话题,不知道他有没有试过用程序跑一下n比较小的时候的区域划分图。quill2004估计会对这种直觉陷阱感兴趣吧。

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