玩不够的数学2:当数学遇上游戏
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用悖论取胜

埃弗龙的骰子也许能帮你在朋友面前炫耀一把。你可以提出这样的游戏:“这里有四枚骰子A、B、C、D,每人各选一枚,我让你先选,然后我们一起掷5次骰子,看谁赢的轮数多。”

如果你的朋友选了骰子A,那么你就选骰子D,它比骰子A要强;如果他选的是骰子B,那么你就选比它强的骰子A,如此等等。非传递性链条可以保证你一定能选到比这位“冤大头”更强的骰子。

每一次掷骰子你都有三分之二的机会赢,如果五轮三胜的话,你赢的机会就是79.01%。如果你觉得这样风险还是太大,那么可以提出一共玩25轮,而不是5轮,这样你就能在95.84%的情况下获胜。具体的计算就是,在你以2/3的机会赢下每一局的前提下,将在25轮中赢得25轮、24轮、23轮……一直到赢得13轮的概率全部加起来。二项分布告诉我们,在这种情况下,掷轮骰子恰好赢轮的概率是。我们从中就能得到之前所说的79.01%和95.84%。

只有在你朋友没起疑心的情况下,你才能用埃弗龙骰子大获全胜。有一天,美国的亿万富翁沃伦·巴菲特就向美国微软公司创始人比尔·盖茨提出用埃弗龙骰子来打赌。当然,巴菲特请盖茨先选择骰子。盖茨起了疑心,仔细分析了那些骰子,然后建议巴菲特先选。没人知道他们打算押下多少赌注!

故事讲到这里,有点吊人胃口。我们用四枚骰子能取胜,那么三枚行不行?能不能避免在不同的面上写相同的数字?因为这样既不雅观又让人起疑。为了让玩家觉得骰子更漂亮、更放心,有没有可能做到三枚骰子各自面上数字之和都相同(从而平均值也相同)?

2.非传递性的颠倒世界

非传递性能让你百思不得其解!在体育运动中,A队赢B队、B队赢C队、C队赢A队的事情并不少见。这不满足传递性(如果a>b并且b>c,那么a>c)。如果A队状态不好,对阵C队的时候打得很烂,那么这种事情就会发生。这种现象在数学中也经常出现,而且不能用“状态不好”来解释我们观察到的非传递性。尽管这一局和下一局之间的一切不变,但也会发生像“石头、剪刀、布”(图a)这样的情况:剪刀赢布(因为剪刀能剪开布),布赢石头(因为布能包住石头),而石头赢剪刀(因为石头能砸烂剪刀)。

孔多塞悖论也很经典。假设有60位选民投票给三名候选人A、B和C,其中有23位选民的排序是A>B>C,17位是B>C>A,2位是B>A>C,10位是C>A>B,还有8位是C>B>A。

这样的话,有33位选民觉得A比B好,不赞成的有27位;42位选民觉得B比C好,不赞成的有18位;35位选民觉得C比A好,不赞成的有25位。

选民表达出的偏好组成了非传递性链条:A > B > C > A。

埃弗龙的四枚骰子(见第3页)也以类似的形式组成了非传递性链条。

还有人发明了其他骰子游戏,比起孔多塞悖论或者埃舍尔那不断上升却又回归原点的不可能阶梯(图b)来说,它们拥有更违反直觉的性质。