五頂思考的帽子
 

  一直沒有發聲的懷遠,突然胸有成竹地說:「他會先退一步,(善於“退”,足夠地“退”, “退”到最原始而不失去重要性的地方,是學好數的的一個訣巧!)不考慮三個人而僅僅考慮兩個人一頂藍帽子的問題。這個問題誰都會解,藍帽子只有一頂,我戴了,他立刻會說:“自己戴的是白帽子”。但是,他為甚麼要躊躇呢?可見我戴的不是藍帽子而是白帽子。

  這就是說,“兩個人,一頂藍帽子,不管多少(當然要不少於2)頂白帽子”的問題是一個輕而易舉的問題。

  現在我們來解上面這個較複雜的:“三個人,兩頂藍帽子,不管多少(當然要不少於3)頂白帽子”的問題也就容易了,為甚麼呢?如果我頭上戴的是藍帽子,那末對於他們兩人來說,就變成“兩個人,一頂藍帽子”的問題,這是也們兩人應當立刻解決的問題,是不必躊躇的。現在他們在躊躇,就說明了我頭上戴的不是藍帽子而是白帽子。」

  黃老師心想:「這裡可以看到,學會了數學歸納法,就會得運用“歸納技巧”從原來問題裡減去一個人,一頂藍帽子,把它轉化為一個簡單的問題。很好!很好!

  懷遠繼續說:「倘使我們把原來的問題再搞得複雜一些:“四個人,三頂藍帽子,若干(不少於4)頂白帽子”。解這個們題,如果仍舊用佩玲的敘述方法,那末一定要說成:“甲想……{乙想……〔丙想……(丁想……<……>)〕}等等”。這樣講起來多費事,簡直象“拗口令”,使人不易聽清,不易搞懂。但是掌握了數學歸納法,善於“退”,那就只要用機句話就可了事,“如果我頭上戴的是戴的是藍帽子,那末對他們三個人來說,是‘三個人,兩頂藍帽子,若干頂白帽子’的問題。這個問題他們立刻會解決而不必躊躇。現在他們要躊躇,正是說明我戴的不是藍帽子而是白帽子。”換句話說,“如果我頭上戴的是藍帽子”就是這裡的歸納法假定。」

  「全對了!很好,這樣顯出你對數學歸納法也掌握不錯。」黃老師微笑著說:「豈特四個人三頂藍帽子,即使像“n個人,n-1頂藍帽子,若干(不少於n)頂白帽子”這樣複雜的問題,我們也可以很簡單也解決了。因為當n=2時已經解決了,假設當n=k時問題己經解決,那末當n=k+1時,只要有1人戴的是藍帽子,就變成n=k的問題,大家都會應用數學歸納法,他們應當都是說出他們自己頭上戴的是白帽子,但是他們要躊躇,所以這個人就可以判斷自己頭上戴的是白帽子。」

  黃老師很滿足地再問道:「從這個智力題故事中,你們又有甚麼體會呢?」

  明興即時答道:「應用數學歸納法可以處理多麼複雜的問題!懂得它的人,比不懂它的人豈不是“聰明”得多。」

  偉昌則慢條斯理地說:「數學歸納法的原則,不但指導我們“進”,而且還教會我們“退”,把問題“退”到最樸素易解的情況,然後再用數學歸納法飛躍前進。這樣比學會了“三人問題”,搞“四人問題”, 搞通了“四人問題”再嘗試“五人問題”的做法,不是要爽快得多!」

  黃老師作了一點補充:「當然,我們也不能完全排斥步步前進的做法,當我們看不出歸納線索的時候,先一步一步地前進,也還是必要的。」說完後,黃老師很滿足地繼續和同學們一同倘在草地上享受溫暖的陽光!

上一章



以上資料摘自:
1. 華羅庚著,《數學歸納法》,商務印書館,香港,1989。