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Posts from the ‘Interesting Maths’ Category

31
Jan

辛普森悖论:诡异的男女比例

大学的男女比例问题一直是广大宅男同胞所关心的重大问题,也是高中同学聚会时必然谈起的话题,对于选择大学来说,这也是一项重要指标~..

一天,我拿出两个大学(P大和T大)的统计数据开始研究。“物理学院,P大男女比例大于T大;数学科学学院,P大男女比例又是大于T大...哇,怎么所有专业P大的男女比例都高于T大啊...那还犹豫什么呢,我肯定报T大了!”正当我刚刚心意已定的时候,突然看到了统计数据的最后一行:P大的总体男女比例低于T大!“什么?!有没有搞错?怎么可能P大的所有专业男女比例都高于T大,但是整体男女比例却低于T大了呢?!肯定是哪里算错了吧...”于是我拿出计算器狂敲,却发现没有任何一个计算错了的数据,这种情况真的可能发生吗?

多说无益,请看下面编造出来的一份男女比例数据:(其中假设两所大学都只有物院和外院两个专业)

物院的数据:

男生人数 女生人数 男:女
P大 45 8 5.6:1(大)
T大 101 51 2.0:1

外院的数据:

男生人数 女生人数 男:女
P大 50 201 0.25:1(大)
T大 9 92 0.10:1

学校整体数据(即上述两个专业人数之和):

男生人数 女生人数 男:女
P大 95 209 0.45:1
T大 110 143 0.77:1(大!)

数据可不会是骗人的,不信可以自己动手验算一下,真的出现了这种违背常理的情况!这种现象被称为“辛普森悖论”,虽然这么叫,但其实这不是个真正的悖论,它内部没有包含逻辑上的矛盾,只是违背了人们的常理。

可能有些人还是一头雾水,虽然数据是如此,没错,可是还是不能理解到底发生了什么使得结论如此古怪。让你构造出来一个类似的数据,恐怕你也很难直接想得出来吧!人们对几何图形的想象力总是好于对数字和字母,因此为了更直观地表现出辛普森悖论,我们看下面一副向量图:

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17
Jan

复数方法巧解平面几何题

快放假了才买到《复分析——可视化方法》这本书,相见恨晚啊,这本神书,如果我能早点读,这学期的复变函数估计就学的不会这么吃力了。。。在这本书开头的地方有一个用复数方法解决平面几何问题的例子,我一看便惊了:这正是我初中时候见到的一道印象极其深刻的平面几何题,曾为它绞尽脑汁也没有想出做法呢,然而这本书就用复数的方法巧妙而自然给解决了~ 贴出来共享一下。

题是这样的:证明,在任意四边形的四条边上各做一个正方形,那么连接相对的正方形中心的线段互相垂直并且等长。示意图如下。

geometry

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23
Nov

一个让你和她心有灵犀的数学魔术

在一张纸上并排画 11 个小方格。叫你的好朋友背对着你(确保你看不到他在纸上写什么),在前两个方格中随便填两个 1 到 10 之间的数。从第三个方格开始,在每个方格里填入前两个方格里的数之和。让你的朋友一直算出第 10 个方格里的数。假如你的朋友一开始填入方格的数是 7 和 3 ,那么前 10 个方格里的数应该是

7 3 10 13 23 36 59 95 154 249

现在,叫你的朋友报出第 10 个方格里的数,你只需要在计算器上按几个键,便能说出第 11 个方格里的数应该是多少。你的朋友会非常惊奇地发现,把第 11 个方格里的数计算出来,所得的结果与你的预测一模一样!这就奇怪了,在不知道头两个数是多少的情况下,只知道第 10 个数的大小,不知道第 9 个数的大小,怎么能猜对第 11 个数的值呢?

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魔术揭秘: Read moreRead more

17
Nov

人的非理性选择

考虑这样一个情景:两个古董专家利用公款在国外买了一个珍贵的古董,但是他们回国的时候因为飞机的托运,把古董给摔坏了。航空公司决定赔偿,但是古董这种东西,价钱可不好衡量,万一他们漫天要价航空公司也不好辨别,于是他们就想出了一个招:把这两个专家隔离开来,分别问他们这个古董的价格,然后按照两个价格中较低的那个进行赔偿,同时再付给报低价的那个人同样多的钱(如果两人报价相同就只照价赔偿而不另外付钱)。//注:额外给的钱是奖励给个人的奖金,你并不能指望你的同事拿到这笔钱之后跟你平分...

这一招可够狠的,如果这个古董的价格在两位专家心里都是1万美元,他们会如何报价呢?A会想,如果B如实报了1万美元,那我报9999美元,就可以净赚很多。可是,转念一想,如果B想到了我会报9999元,而报9998元怎么办?那么我的对策就是,我说9997元..可是,如果B连这一步也想到了怎么办...如此下去,想的越深,报价就会越低,如果按照经济学中的理性人假设的话,如此分析下去,两个人只有都报0元才能最终达到纳什均衡,而这个结果却正是最坏的结果。

那么在实际中遇到类似情况大家会怎么报价呢?

这让我想起了在学而时嘻之看到的一个案例。《金融时报》刊登了一个很诡异的广告,说你可以随便写一个0~100之间的整数寄回编辑部,然后如果你写的这个数最接近所有寄来的数的平均数的2/3,你就可以获得一张伦敦到纽约的头等舱往返机票。

如果是你你会写几呢? Read moreRead more

12
Nov

上帝能造出他自己都搬不动的石头吗?

小时候看《时间简史》,对里面一副插图里的话印象很深:“上帝能造出他自己都搬不动的石头吗?”,从此我便把它作为上帝不是万能的这一命题的证明。因为,如果你回答“能”的话,那么上帝就连某块石头都搬不动;而如果你回答“不能”的话,那么上帝就连一块满足某条性质的石头都造不出来,他也不是万能的。

但是,其实这个证明里面隐藏着一个致命的逻辑错误。

这要从如何定义一个概念说起。在逻辑学上,对于定义有一条不起眼的要求,那就是给出定义以后要证明其存在性。比如说我定义质数为除了1和它本身没有其他正约数的正整数,从理论上来说我得证明这种数是存在的,我们可以举个例子来证明其存在性,比如说2就是质数。这可能和我们这么多年的学习经验不符,我们学习数学概念的时候可从来没有见过什么存在性证明啊...我们学的大多数概念的存在性的证明都是比较显然(举个例子就可以了),因此在课本里从来不出现,但是这绝不意味着存在性证明没有用,尤其在抠逻辑漏洞的时候。

比如说吧,我要定义一种数叫做“蛋疼数”,他被定义为“大于2的偶质数”,显然蛋疼数就不存在。然后假如我基于蛋疼数演绎出来了一整套蛋疼理论,看上去完美无缺而且非常漂亮,可是回过头来一看,哎呀,蛋疼数居然不存在,那整个理论体系的根基就倒塌了。

再比如说,我要定义一种数叫做“牛逼数”,他被定义为“大于4的不能写成两个质数之和的偶数”,很明显牛逼数就是违反哥德巴赫猜想的数...这样,牛逼数的存在性证明实际上就是找到哥德巴赫猜想的反例,这可实在不是一件很显然的事情...

好了,回到上帝是不是万能的问题上来。 Read moreRead more

31
Oct

神秘的本福特定律

统计一下世界上237个国家的人口数量,你觉得其中以1开头的数会占多大比例,而以9开头的数又占多大比例呢?如果你的回答是都为1/9,恭喜你你是正常人,但是事实却不是如此:以1开头的数惊人的占到了27%,而以9开头的数却只占5%。下图可以很形象的展示出在各国人口数量问题上,以各个数字开头的数占了多大的比例(图片来自维基百科)。为什么会相差这么大呢?这正是神秘的本福特定律在起作用。

本福特定律,也称为本福德法则,说明一堆从实际生活得出的数据中,以1为首位数字的数的出现机率约为总数的三成,接近期望值1/9的3倍,推广来说,越大的数字,以它为首几位的数出现的机率就越低;精确地数学表述为:在b进位制中,以数n起头的数出现的机率为logb(n + 1) − logb(n)。

在十进制中,首位数字出现的概率为:

d 1 2 3 4 5 6 7 8 9
p 30.1% 17.6% 12.5% 9.7% 7.9% 6.7% 5.8% 5.1% 4.6%

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