有哪些看起来很简单但做起来很难的数学题?

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匿名的论坛用户   2021-1-3 22:07   7335   10
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2#
热心的小回应  16级独孤 | 2021-1-3 22:07:10


史上最贱的数学题... 欢迎尝试,保证解存在,可以使用任何工具包括计算机编程。
解法见评论。
3#
热心的小回应  16级独孤 | 2021-1-3 22:07:11
有一类数学题被称之为“棺材”!
在70年代左右,苏联最好的数学系之一莫斯科大学数学系因为招生的时候其歧视犹太人,所以在招生考试的时候会单独给犹太人出难题,而这类题目的目的不是测试学生的数学基础而纯粹是为了让犹太学生无法考入莫斯科大学。这类数学问题就叫做“棺材”(R.I.P)。
这些题目在苏联时期是严格保密的,直到最近一些年当年参与考试的的一些犹太学生开始收集当年的被称之为棺材的题目,这些由于种族歧视而设立的“入学测试题”才被曝光。(并且这种歧视文化在莫斯科大学依然存在:莫斯科时报:莫斯科大学犹太学生因为犹太穿着被驱离考场)
被称之为“棺材”的数学问题有以下三个性质:
1.  问题的表达形式非常简单,只用初等的数学符号语言就可以阐述清楚。
2.  问题的解答非常简单,只用初等的符号就可以完全表达出来。这样的话如果有人抱怨问题太难,学校就可以直接给出非常简洁,简短的解答,以表示不是题目太难而是受测者的水平非常有限。
3.解答该问题需要很强的的洞察力,非常巧妙的技巧,在非常有限的考试时间内难以想到。

相应的介绍视频 (视频来自于youtube)
https://m.youtube.com/watch?v=Db3CwFh7qng&feature=youtu.be


              
                                              https://www.zhihu.com/video/952952310687600640                          


作为当年的受害者之一的Tanya Khovanova,在arxiv网站上发表了一篇论文专门曝光当年莫斯科大学种族歧视的现象并整理了这些问题。论文链接:
犹太难题以下罗列一下这些问题,各位网友可以尝试一下能不能在两个小时的考试时间内解答出三四道棺材问题。(觉得不太难的网友请注意这相当于是犹太学生的高考数学题)




注:这些问题的提示在本回答前半部分提到的论文里面。
---
添加了YouTube原视频链接。
4#
热心的小回应  16级独孤 | 2021-1-3 22:07:12
计算n的k次方最少需要多少次乘法?
k=2的时候显然一次,3的时候两次
4的时候也是两次:
n*n=n^2
n^2*n^2=n^4
分别计算2,4,8,16...次幂然后乘到结果当然是很快的,这也是常见的快速幂做法,但不是最快,比如k=15的时候只需要5次:
n*n=n^2
n^2*n=n^3
n^3*n^3=n^6
n^6*n^6=n^12
n^12*n^3=n^15
对于任意k,目前好像并没有一个计算最少乘法次数的方法
==========================
看评论区的一些同学好像很多都低估了这题的难度,其实这个题像很多数论题一样,没啥规律可循,数字比较小的时候好像有规律,大一点就不行了,具体的论述资料可以看高大爷写的《计算机程序设计艺术》第二卷第四章,虽然书老了点,但我目前还没有得到这个题目被解决的消息,至少它在相当长的时间都难住了很多数学家
说DP可解的,我觉得这题并不是一个dp模型,或者说就算能套用一个dp模型,计算量也是很大的,如果你觉得dp可以很快解决,或你能想出很快解决的其他算法,不如做一下这个题:
Problem 122 - Project Euler题面很简单,设m(k)表示n^k最少需要的乘法数量,求∑m(k),1≤k≤200
====================
经评论提醒,这个问题是这个链接:
Addition chain - Wikipedia其中有这句话:There is no known algorithm which can calculate a minimal addition chain for a given number with any guarantees of reasonable timing or small memory usage.
5#
热心的小回应  16级独孤 | 2021-1-3 22:07:13
求证:任何一个有理数
都可以写成三个有理数的立方和。

证明:

6#
热心的小回应  16级独孤 | 2021-1-3 22:07:14
这里怎么能少得了陶平生爷爷出的08年高考压轴题呢

22. (14分) 2008·江西
已知函数

(1)当
时,求
的单调区间;
(2)对任意正数
,证明
.



emmm....看起来是不是很简洁?是不是觉得so easy?
要知道,这道题改编自2003年CMO第三题。江西全省无人做出,仅1人得9分,2人得8分,全省平均分0.31。
以至于张景中院士、陈计老师等权威人物纷纷贡献自己的解法。

7#
热心的小回应  16级独孤 | 2021-1-3 22:07:15
凡事把素数用来相加都是耍流氓!
素数是用来乘的,不是用来加的,扯到素数及加号的,没准是世界难题。
8#
热心的小回应  16级独孤 | 2021-1-3 22:07:16
完美正方形
在一正方形内切割出大小都相异的小正方形。如图



看似简单的问题实际却很艰难。到了七十年代,数学家才在计算机的帮助下,圆满地解决了这一问题。现已证明,上图的21阶的正方分割是阶数最低的一种分割。
9#
热心的小回应  16级独孤 | 2021-1-3 22:07:17
好多人以为哥德巴赫猜想就是求证“1+1=2”,并不是,虽然这个题目的代号就叫“1+1”……
其实真正的题目是这样的:
求证:任一大于2的偶数,都可表示成两个素数之和。
比如4=2+2,6=3+3,8=3+5,10=3+7=5+5……
是不是很神奇?
是不是感觉这个完全不靠谱,分分钟能找到反例?
有本事你找个试试?
把两个素数都用“1”来记,那么就可以写成“1+1”了,所以这个题就用“1+1”作为代号。
陈景润证明了“1+2”,这里的这个代号也不是说他证明了“1+2=3”这个等式,而是证明了:
任何一个大于4的偶数都可以写成一个素数与另一个可以写成最多两个素数的乘积的数之和。
一个素数是“1”,另一个可表示为最多两个素数的乘积的数字,记为“2”,所以就写成“1+2”。
10#
热心的小回应  16级独孤 | 2021-1-3 22:07:18
说个平面几何的,斯坦纳-雷米欧斯定理:
一个三角形中若有两条内角平分线相等,则这一定是一个等腰三角形。
这道题的逆命题十分简单,但倒过来后就颇不容易,当年也曾难倒过一些数学家(比如最早研究它的雷米欧斯),著名的几何学家斯坦纳给出了第一个间接证明,要找到它的直接证明难度更大。
要补充的是,这道题在今天尤其是数学竞赛生看来相当基础,我只是说平面几何名题中这个算是看起来相当简单的了。
11#
热心的小回应  16级独孤 | 2021-1-3 22:07:19
其实还有那种看起来很简单,做起来也不难,但是可以强行做的很难的题。
比如这道IMO2000/2,这道题是这样的:

然后答案是这样的:

就一个代换,一步就出来了,后面就是一个舒尔不等式的变形。
但是某日本选手是这样做的:


当时我就震惊了。
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