Математика · 7 класс · Математический праздник 2023

Задача 6. Семь мешков и два взвешивания

Нашли ошибку? Напишите

Условие

У царя есть 77 мешков с золотыми монетами, в каждом по 100100 монет. Царь помнит, что в одном мешке все монеты весят 77 г, во втором 88 г, в третьем 99 г, в четвёртом 1010 г, в пятом 1111 г, в шестом 1212 г, в седьмом 1313 г, но не помнит, где какие.

Царь сообщил это придворному мудрецу и указал на один из мешков. Мудрец может вынимать из этого и из других мешков любое количество монет, но на вид они все одинаковы. Однако у мудреца есть большие двухчашечные весы без гирь (они точно покажут, равны ли веса на чашках, а если нет, то какая чашка тяжелее). Может ли мудрец определить, какие монеты в указанном мешке, сделав не более двух взвешиваний?

О задаче · 7 класс
Олимпиада
Математический праздник
Год
2023 (учебный сезон 2022/23)
Предмет / класс
Математика · 7 класс
Вариант
Классический

Сначала подумай: что мудрец знает наверняка, хотя не знает, где какой мешок? Подсказка-вопрос: сколько весят семь монет, по одной из каждого мешка? В модели «План мудреца» составь свой план из двух взвешиваний — она проверит его для всех семи возможных весов.

Ответ — «да» или «нет». Для «да» нужно описать оба взвешивания (и как поступать после каждого исхода первого), для «нет» — доказательство.

Записать идею

Личный черновик для заметок и расчётов. Он никуда не отправляется и не проверяется.

Исследуй задачу

Самостоятельное исследованиеПлан мудреца

Пробуй свои варианты. Разбор останется закрытым.

Исследуй задачу

План мудреца

Составь план: сколько монет из указанного мешка и из остальных класть на каждую чашку в первом взвешивании и во втором (для каждого исхода первого). Модель проверит план для всех весов от 7 до 13 г.

Если модель не открылась (выключен JavaScript или страница загрузилась не полностью), условие, подсказки и разбор доступны и без неё.

Как исследовать без модели

Запиши, сколько весят монеты на каждой чашке, если в указанном мешке монеты по x г, а из остальных мешков берёшь поровну (их общий вес — 70 − x на каждую монету из каждого). Проверь план для x = 7, 8, …, 13.

Подсказка 1

Монета из каждого мешка — это 7+8+…+13=707+8+\ldots+13=70 г, где бы какой мешок ни был. Сравни с этим несколько монет из указанного мешка.

Подсказка 2

Если в указанном мешке монеты по xx г, то 66 его монет весят 6x6x, а по одной монете из шести других — 70−x70-x. Это взвешивание сравнивает xx с 1010. Для второго взвешивания подбери, сколько монет взять, чтобы сравнить xx с 88 (или с 1212).

Разобрать решение по шагам
1

Что мудрец знает точно

Мудрец не знает, где какой мешок, но знает, что одна монета из каждого мешка вместе весит

7+8+9+10+11+12+13=70 г.7+8+9+10+11+12+13=70 \text{ г}.

Пусть в указанном мешке монеты по xx г. Тогда по одной монете из шести других мешков весят 70−x70-x г — какие бы это ни были мешки.

2

Первое взвешивание: сравниваем xx с 1010

Положим на левую чашку 66 монет из указанного мешка (6x6x г), а на правую — по одной монете из каждого из шести других мешков (70−x70-x г).

Левая чашка тяжелее, когда 6x>70−x6x>70-x, то есть 7x>707x>70, x>10x>10. Равновесие — при x=10x=10, левая легче — при x<10x<10.

Если весы в равновесии, ответ уже найден: монеты по 1010 г.

3

Второе взвешивание, если x<10x<10

Осталось три варианта: 77, 88 или 99. Сравним xx с 88. На правую чашку положим по 44 монеты из каждого из семи мешков: это 4⋅70=2804\cdot 70=280 г. На левую — 3535 монет из указанного мешка: 35x35x г.

При x=8x=8 будет 35⋅8=28035\cdot 8=280 — равновесие; при x=7x=7 левая чашка легче, при x=9x=9 — тяжелее. Монет хватает: из указанного мешка берём 35+4=3935+4=39.

4

Второе взвешивание, если x>10x>10

Варианты 1111, 1212 или 1313. Сравним xx с 1212: справа по 66 монет из каждого мешка (6⋅70=4206\cdot 70=420 г), слева 3535 монет из указанного мешка (35x35x г). При x=12x=12 — равновесие (35⋅12=42035\cdot 12=420), при x=11x=11 левая легче, при x=13x=13 тяжелее.

6 монет из X против по 1 из 6 другихсравниваем x с 10легчеравнотяжелее35 из X противпо 4 из всех 7: 280 гx = 1035 из X противпо 6 из всех 7: 420 г7 г8 г9 г11 г12 г13 г
План мудреца: первое взвешивание сравнивает вес монеты с 10 г, второе — с 8 г или с 12 г.
5

Вывод

В каждом случае после не более чем двух взвешиваний мудрец точно знает, по сколько граммов монеты в указанном мешке. Да, может.

Проверка

Проверим на компьютере. Программа перебрала все 50405040 способов разложить веса 7,…,137, \dots, 13 г по семи мешкам и для каждого «взвесила» монеты по-настоящему, монета за монетой. Во всех случаях план мудреца называет правильный вес монет указанного мешка. Одного взвешивания не хватит никогда: у весов три исхода, а вариантов семь.

Ответ

Да, может. Первое взвешивание: 66 монет из указанного мешка против одной монеты из каждого из шести других (сравнивает вес монеты с 1010 г). Второе: 3535 монет из мешка против четырёх монет из каждого из семи мешков (сравнение с 88 г) или против шести монет из каждого мешка (сравнение с 1212 г).

Ответ

Да, может. Первое взвешивание: 66 монет из указанного мешка против одной монеты из каждого из шести других (сравнивает вес монеты с 1010 г). Второе: 3535 монет из мешка против четырёх монет из каждого из семи мешков (сравнение с 88 г) или против шести монет из каждого мешка (сравнение с 1212 г).

Главная идея

Хотя неизвестно, где какой мешок, сумма «по монете из каждого мешка» известна — 7070 г. Поэтому можно сравнивать монеты указанного мешка с монетами всех мешков сразу и подбирать количества так, чтобы равновесие получалось ровно при нужном весе.

Признаки: веса предметов известны как набор, но неизвестно, какой где. Бери из всех групп поровну — их общий вес известен. Подбирай количества так, чтобы равновесие означало конкретное значение, а «легче/тяжелее» делили остальные варианты пополам.

Где легко ошибиться

Пытаться сравнивать указанный мешок с одним «чужим» мешком: его вес неизвестен, и вывод зависит от того, какой это мешок. Ещё одна ошибка — первым взвешиванием делить варианты неравно (например, сравнивать с 88), тогда второго не хватит.

Источник и авторство

Математический праздник 2023 года · классический вариант · 7 класс, задача 6 [8 баллов] · автор задачи М. А. Евдокимов.

Условия 2023 года (сайт праздника) ↗ · Бланк 7 класса (PDF) ↗ · Решения организатора (PDF) ↗ · Сайт Математического праздника ↗

Условие — с сайта праздника. Подсказки, решение, рисунки и модель — Popov Academy. Задача сначала решена самостоятельно, затем ответ сверен с решением организатора: Ответ совпадает с ответом в решениях организатора (book.pdf 2023).

Продолжить тему: Поиск и алгоритмы →
Увеличенный рисунок