猴子與可可亞

有五個人帶了一隻猴子搭船出海, 突然遇到狂風暴雨, 船隻失去動力後飄流到一座小島嶼。他們在島上找到可可亞 ,並在天黑前把可可亞採收起來, 準備隔日再平分這些可可亞。入夜後,五個人進入夢鄉,猴子卻煩躁一夜未眠。五人都被猴子吵醒過來一 次,但是沒有同時被吵醒。每一位醒過來的都趁其他四人睡著時,私自將一顆可可亞給猴子吃掉,安撫牠的情緒,而剩餘的可可亞剛好可以五等分 ,自己就藏起其中一等分。隔日早上大家起床後一起分發可可亞,先將一顆分給猴子吃掉 剩下的可可亞可以平分成五等分,請問原來採收的可可亞最少有多少顆?

我們先討論下列這個問題的通則結果
假設有N顆可可亞,
步驟(1)是將可可亞五等分
,每一份有K1,會多餘一顆給猴子吃掉,收藏其中一等分K1
步驟(2)是將步驟(1)在收藏後剩下的可可亞再一次5等分
,每一份有K2,會多餘一顆給猴子吃掉,收藏其中一等分K2
步驟(3)是將步驟(2)在收藏後剩下的可可亞再一次5等分
,每一份有K3,會多餘一顆給猴子猴子吃掉,收藏其中一等分K3

依此類推直到步驟(n+1)為止
依上述步驟列式如下:
N=5K1+1      .............(1)
4K1=5K2+1   .............(2)

4K2=5K3+1   .............(3)
.......
........

4Kn=5Kn+1+1 ..........(n+1)

其中m=1,2,3,.....,n+1Km都是正整數

將上列各式等號兩邊同時加上4


因此
N+4=5(K1+1)..............(1)
$\frac{4}{5}$(N+4)=$\frac{4}{5}$[5(K1+1)]

$\frac{4}{5}$(N+4)=4(K1+1)


4(K1+1)=5(K2+1)........(2)

$\frac{4}{5}$(N+4)=5(K2+1)

($\frac{4}{5}$)2(N+4)=$\frac{4}{5}$[5(K2+1)]

($\frac{4}{5}$)2(N+4)=4(K2+1)


4(K2+1)=5(K3+1)........(3)

($\frac{4}{5}$)2(N+4)=5(K3+1)

($\frac{4}{5}$)3(N+4)=$\frac{4}{5}$[5(K3+1)]

($\frac{4}{5}$)3(N+4)=4(K3+1)
.......
........


4(Kn+1)=5(Kn+1+1).........(n+1)

($\frac{4}{5}$)n(N+4)=5(Kn+1+1)

($\frac{4}{5}$)n+1(N+4)=$\frac{4}{5}$[5(Kn+1+1)]

($\frac{4}{5}$)n+1(N+4)=4(Kn+1+1)
N+4=($\frac{5}{4}$)n+1 4(Kn+1+1)
N=($\frac{5^{n+1}}{4^{n}}$) (Kn+1+1)-4

因為N是正整數,且4和5互質,所以Kn+1+1是4n的倍數。因為$\frac{K_{n+1}+1}{4^n}$的最小正整數值是1,所以N的最小值是 5n+1 4 ,

原始題目中有5個人,有6個步驟分發可可亞,所以可可亞最少有 56 - 4 = 15621(個)。

 


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