指數爆炸

指數爆炸的概念:即指數函式的“爆炸性”增長(blow up)。

基本介紹

概念,事例,最多對摺次數,百萬富翁破產,國王放米,

概念

指數的概念:在乘方a中,其中的a叫做底數,n叫做指數,結果叫冪。
f(x)=a^x (a為常數,如圖中a=2 x為指數) 隨著x單位長度的遞增,f(x)會呈“爆炸性”增長
x1=0 f(x1)=1
指數函式y=2^x的圖像指數函式y=2^x的圖像
x2=1 f(x2)=2
x3=2 f(x3)=4
x4=3 f(x4)=8
x5=4 f(x5)=16
x6=5 f(x6)=32
x7=6 f(x7)=64
·· ····
·· ····
·· ····
x21=20 f(x21)=1048576

事例

最多對摺次數

一張紙對摺一次,厚度變成原來的2倍。
再對摺第二次,變為原來的2的2次方倍即4倍。
以此類推,假設紙的厚度為0.1mm,則對摺24次以後,長度超過1千米;對摺39次達55000千米,超過地球赤道長度;對摺42次達44萬千米,超過地球至月球的距離;對摺51次達22億千米,超過地球至太陽的距離;對摺82次為51113光年,超過銀河系半徑的長度。不過,只是一個不符合實際的數學理論推理數字。
那么在現實生活中,一張紙究竟能折多少次呢?
如果紙為正方形,邊長為a,厚度為h,當摺疊一次的時候,摺疊邊長不變,厚度為2倍的h,摺疊兩次的時候,摺疊邊長為原邊長的二分之一,厚度變為4倍的h,就這樣摺疊下去,可以推出一個公式:當摺疊次數n為偶數次時,摺疊邊長為l/(2^(0.5*n)),厚度變為2^n*h,當滿足n>2/3*(log2(l/h)-1)時無法摺疊。根據一般的紙張的狀況,厚度大約為0.1mm,邊長為1m時,根據以上公式,可以得出n>8.1918時無法摺疊,這意味著對於厚度大約為0.1mm,邊長為1m的正方形紙,只能摺疊8次。但8次人類是很難辦到的,只能依靠機器。
所以,一張紙最多能對摺多少次實際是一個變數,它取決於紙張的實際厚度與大小。
在現實生活中,一張普通的A4紙,一般人可以折到6次,厲害的人可以折到7次。

百萬富翁破產

傑米是百萬富翁。一天,他碰到上一件奇怪的事。一個叫韋伯的人對他說:“我想和你訂個契約,我將在整整一個月中每天給你10萬元,而你第一天只需給我1分錢,以後你每天給我的錢是前一天的兩倍。”傑米說:“真的?!你說話算數?”
契約開始生效了,傑米欣喜若狂。第一天傑米支出1分錢,收入10萬元。第二天,傑米支出2分錢,收入10萬元。到了第10天,傑米共得100萬元,而總共才付出5元1角2分。到了第20天,傑米共得200萬元,而韋伯才得5千元多。傑米想:要是契約訂二、三個月該多好!可從21天起,情況發生了轉變。
第21天傑米支出1萬多,收入10萬。到第28天,傑米支出134萬多,收入10萬。結果,傑米在一個月(31天)內得到310萬元的同時,共付給韋伯2千1百多萬元!傑米破產了。

國王放米

在古印度有個叫錫塔的大臣,他聰明過人,發明了一種棋子,國王百玩不厭,於是決定重賞錫塔。錫塔說:“陛下,我只要一點麥子。請您讓人將麥子放在我發明的棋盤的六十四個格子內,第一格放一粒,第二格放二粒,第三格放四粒,第四格放八粒,第五格放十六粒……照這樣放下去,每格比前一格多放一倍麥粒,直到把六十四個棋格放滿就行了。”
國王聽了哈哈大笑,他覺得錫塔這個人真是有趣,放著金銀財寶不要,反而提出這樣一個“笨”要求,穀倉里的麥子多著呢,填完六十四個棋格實在是小意思。於是便傳令糧食大臣:“答應錫塔的要求,現在就從糧庫把麥子拉過來。”在場的每一個人都認為一小袋麥子就能填滿棋盤上的十幾個方格,一些人甚至忍不住笑了起來。
麥子被拉來後,糧食大臣一粒一粒地填了起來。一粒、兩粒、四粒、八粒……一開始,前面的幾個方格很快就被填滿,而此時還沒有用完一小碗麥子。但是慢慢地,所用的麥子開始明顯多了起來,三十二粒、六十四粒、一百二十八粒、二百五十六粒、五百一十二粒、一千零二十四粒……
可不知從哪一刻起,喧鬧的人們突然安靜下來。因為往第16個方格上放米粒時,就需要拿出1公斤的大米,而到了第20格時,則需要滿滿一手推車的米。如此看來,國王根本無法提供足夠的大米放在棋盤上的第64格上去。大臣們和國王都驚詫得張大了嘴:即使傾全國所有,也填不滿下一個格子啊。
原理:
假設把第一個格子的一粒米寫成2的0次方,第二個格子寫成2的1次方,第三個格子寫成2的2次方,那么第N個格子就可以寫成2的N-1次方。西洋棋一共64個格子,到了第64個格子的時候,需要放的米粒數就是2的63次方,即9,223,372,036,854,780,000粒,這還只是這一個格子的容量,如果全部累計,則為18,446,744,073,709,600,000粒。如果1000粒米有一克重,那么折算一下,第64格就需要放9,223,372,036噸米。
指數爆炸

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們