数学里也有很多陷阱,不小心就会让你身陷泥沼。下面的陷阱是我中学时碰到的。
令 A=9,则有 AA-81=0,从而(A-9)(A+9)=0。两边同除以 A-9,得 A+9=0,即 18=0。这个陷阱让我们知道,零不可以做除数不是一句空话。
当然,数学中有些陷阱不是那么明显,两个信封问题就是一例。
问题的叙说很简单,不带任何悬念。
有两封一模一样的信封,里面都装有钱,其中一封里是另一封的两倍。你可以随便选取一封并拿走里面的钱。在你还未打开信以前,我问:你要不要换成另一封信?
决定换还是不换,准则只能是另一封信里的钱是否更多。如何知道另一封信里的钱是否更多?没法知道。在没有打开信封之前,不可能知道里面有多少钱,那是一个未知数,或者准确一点说,是一个随机变量。对待随机变量,我们无法事先知道它的精确值,但有时能算出它的数学期望值。数学期望值,实际上就是我们常用的平均值。如果知道随机变量的概率分布,就可以算出它的数学期望值。比方说,如果随机变量X可以取值a和b,其期望值E(X)就是E(X)=ap+bq,其中p和q分别是X=a和X=b的概率。因为X只取a和b两个值,必定有 p+q=1。粗略地说,如果你不知道随机变量的精确值,往往可以用期望值代用。
换,还是不换?还真是个问题。下面是一段推理,称之为推理一。
1:用A表示所选信封里的钱数。
2:A是小钱的概率是1/2,A是大钱的概率也是1/2。
3:用X表示另一封信里的钱数,则有p=P(X=2A)=1/2, q=P(X=A/2)=1/2。
4:所以X是一个随机变量,其数学期望值为E(X)=(1/2)(2A)+(1/2)(A/2)=(5/4)A。
5:因为E(X)>A,换是更合理的选择。
这段推理,看起来无懈可击。
但是,如真无懈可击,那同样的推理也可用于另一个信封。这样就只好不停地交换,直至永远。
咱们换一个思路,看下面的推理二。
两个信封,一个有B元,另一个有2B元。用Y表示所选信封里的钱数,则Y是一个随机变量。我们有 P(Y=B)=1/2和P(Y=2B)=1/2。用X表示另一封信里的钱数,则有 P(X=2B)=1/2和P(X=B)=1/2。所以E(X)=(1/2)(2B) + (1/2)B = (3/2)B。同样有E(Y)=(3/2)B。按这种推理,交换不带来任何好处。
比较两种推理,不难发现,推理一缺陷在于,A是常量,却既被当做大钱,又被当成小钱。(实际上它是一个变量,不应被当作常量。)同一个东东,不能既是鹿,又是马呀!
这个陷阱,很温柔吗?
两个信封问题有一个变种也一样有趣,这就是领带问题。
情人节过后,两个男人在酒吧见了面,每人都打了新领带。甲说:“很高兴见到你,瞧我太太给我买的领带,又便宜又好。” 乙说:“可不是吗,我太太给我的领带更便宜更好。”于是两人顶上嘴了,都宣称自己的太太更加贤惠能干,买的领带更加实惠合适。好在两位都是绅士,决定解决分歧的办法不是打架,而是打赌。赌注就是崭新的新领带:谁的贵就把领带送给便宜的那位。
甲心里想:“如果我输了,只是输我的领带,如果赢了,就是赢更贵的领带,输和赢的概率都是1/2,因此期望值总是正数。这个赌只赢不亏。” 于是甲非常高兴。
乙也是同样的想法,自然也眉飞色舞。
两人都兴高采烈打电话向太太问价钱。
为啥两人都觉得对自己有利?温柔的陷阱又在何处?