易如反掌

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如果你曾經讓一個小孩子為幾個人切餡餅,這個孩子很可能會為他/她自己切一塊,然後把刀遞給你。為了提高整體效率,年齡稍大的孩子自然會選擇垂直切割整個餡餅。年幼的孩子可能會覺得這太無私了。這個謎題旨在幫助你重拾童心。

你將設計一系列切割方案,將一個方形餡餅分割成相等的幾份,供幾個人分享。最終提供給每個人的那塊餡餅被稱為“最終塊”。以下是規則。

1. 所有切割都必須是直線且垂直的。


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2. 所有最終塊必須包含相同體積的餡餅(並且,由於第一條規則)相同面積的餡餅頂部。

3.兒童切割規則: 除了最後一次切割外,每次切割都應產生一塊最終塊,最後一次切割應產生兩塊最終塊。

目標,誠然,孩子們可能想不到,是最小化所有最終塊的周長之和。

熱身題
我們從圖 1 中的方形餡餅開始。我們可以使用兩次平行切割 (A) 或兩次垂直切割 (B) 將方形餡餅切成三塊。兩者都滿足三個規則:相等大小的最終塊、垂直切割和兒童切割規則。哪種切割方式產生的總周長更小?

熱身題解答
在平行切割情況 (A) 中,每個最終塊的周長為 1 + 1/3 + 1 + 1/3 = 8/3。因此,三個最終塊的總周長為 8。兩次垂直切割 (B) 產生的第一塊最終塊的周長為 8/3,剩餘兩塊最終塊的周長均為:2/3 + 1/2 + 2/3 + 1/2 = 7/3。因此,總周長為 8/3 + (2)(7/3) = 7 1/3。

現在輪到你了。

問題: 1. 找到一種符合上述三個規則的切割設計,該設計應使五塊餡餅的總周長最小。

對於其餘的問題,假設我們放棄兒童切割規則,但保留前兩條規則(相等體積和垂直切割)。

2. 在這種情況下,對於五塊餡餅,你能做得好多少?假設你的切割必須平行於正方形的原始邊緣?

3. 在相同的假設下,九塊餡餅又會怎樣呢?(提示: 這道題有一種俄羅斯套娃的感覺。)

4. 再次嘗試五塊餡餅,如果切割不必平行於正方形的邊緣。

推廣到更多塊餡餅涉及到一些巧妙的遞迴。如果你正在尋求挑戰,不妨嘗試一下。

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