究竟公主會不會被巫婆吃掉?從謎題來引導數學思考過程

更新於 發佈於 閱讀時間約 4 分鐘
巫婆與公主的謎題

前言

先前看過一道謎題,在解答的過程中,我發現它的解法有著很優雅的解題思考過程,有時候在解數學題時,也會用到類似的方法來幫助我思考。最近在上國中七年級的暑輔數學課程,這道謎題也被我拿來問班上學生,除了讓他們靜下來去思考之外,我也好奇學生對這道謎題會有什麼樣的反應出現。

題目敘述

一個村莊住了23位巫婆和1位公主,巫婆們擁有強大的法力,而公主擁有美麗動人的外貌。巫婆們都渴望吃掉公主,就能變漂亮,成為公主,但卻會失去法力,並且可能會被其他巫婆吃掉。巫婆們都非常謹慎,只有在確定自己是安全的時候,才會吃掉公主。請問在這樣的情況下,那位公主是否能安全度過,不會被吃掉?

解題想法

當初看到這題,一開始也是愣住,還在嘗試理解題目條件。問題非常簡單,就是問最一開始的公主會不會被巫婆們吃掉,但是巫婆數量比公主多非常多,直覺就會覺得,好像…怎樣都會被吃耶。有興趣的讀者不妨也來思考看看這道題目的答案究竟會是什麼呢?
後來想了下,23個巫婆實在很難處理,如果只有1個會怎麼樣?只有1個巫婆對1個公主,那公主絕對會被吃掉,因為巫婆不會有被其他巫婆吃掉的風險,題目也說只要確定自己是安全的,巫婆就一定會把公主吃掉。所以,1對1的時候絕對是會被吃啦!
那2個呢?如果其中1個巫婆不管三七二十一,就把公主給吃掉,那會發生什麼事?巫婆會變成公主,但這時候就剩下她和另一位巫婆,回到1對1的情況,另一位巫婆也會把變成公主的巫婆吃掉。因此可以得到一個結論,在巫婆公主2對1的時候,誰先吃掉公主,自己就會被另一人吃掉。既然會讓自己陷入險境,那巫婆就不會吃掉公主,彼此互相提防,也讓公主能安然度過,不會被吃掉。
敏銳的讀者或許會發現,剛才討論的兩個情形,已經有一個特別的現象產生,這邊我想先賣個關子,帶讀者們一起思考下一個情形,3個巫婆對1個公主會發生什麼事。
我們仿照2對1的思考過程,假設3個巫婆裡其中1個先把公主吃掉,那就會變成2對1的情形。根據前面的討論,我們知道剩下的兩個巫婆都不會吃掉新的公主,換句話說,吃掉公主的巫婆最後還是安全的。既然能確定自己是安全的,那麼必定會有巫婆先吃掉原本的公主,先搶先贏的概念。也因此得到一個結論,3對1的時候,公主一定會被吃掉。
這時可以發現,當其中一個巫婆先把公主吃掉,此時巫婆與公主的人數就會變成前一個討論的情形,我們可以根據之前討論的結果,來決定本次公主的安危。
討論到此,我們可以歸納出一個結論,就是公主是否安全,取決於巫婆的數量,並且最終結果會與前一次討論的情形正好相反。而這樣交錯的現象,如果你將巫婆數量和公主安危放在一起看,就會發現,每當巫婆數量是奇數時,公主就會被吃掉;巫婆數量是偶數時,公主則會是安全的。
答案:每當巫婆數量是奇數時,公主就會被吃掉;巫婆數量是偶數時,公主則會是安全的。所以題目的23位巫婆1位公主,23是奇數,最終會導致公主被吃掉。

先將複雜化為簡單

像這樣先把題目數字降低,是一種簡化的過程。有時候複雜的題目,它的過程並不難,這時可以嘗試先簡化,看看簡單的情況會有什麼做法。有了答案後,再慢慢調整題目的數字,看看每一次討論情形的做法,是否有什麼規律,一旦發現規律,那就能得到更一般的解答了。

總結

這樣的題目,沒想到竟然與數學當中很常出現的奇數偶數有關。我第一次得知這道題目時,是在給小朋友的闖關活動上認識的,像這樣又有趣又不會像上課那樣令人害怕的謎題,真的很適合應用在課堂上。讓學生透過解謎,組織自己的推理過程,以及練習發表自己的想法,這些都是一有機會就可以把握起來多加練習的。
在當天進行這項活動時,學生給我的回饋也很有趣,大家對公主巫婆這樣宛如童話設定的謎題很投入,也因此會好奇,巫婆會不會自相殘殺?王子會不會出來救公主?公主會不會把巫婆打敗逃走?這些雖然跟題目解法無關,卻也是討論性質的課堂上,我樂於看見的熱絡情況,代表學生非常投入其中。
這篇文章就分享自己對這道謎題的想法,以及一些教學的心得,感謝大家!
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我是巴斯光綸,一位喜愛電影的數學教師。 喜歡讓人願意一看再看的好電影,也喜歡用數學看待世界。
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