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¿Este juego de matemáticas siempre es ganable?

Kent Haines describe el juego de Integer Solitaire, el cual encuentro excelente para que los niños aprendan aritmética. Estoy seguro de que estarán motivados por este juego para practicar mucho.

Kent hace una pregunta sobre su juego, la cual encuentro muy interesante, por lo que la estoy haciendo aquí, con la esperanza de que Math.SE pueda responder.

El niño saca 18 cartas de una baraja normal, y luego considera que las cartas tienen los valores As = 1, 2, 3, ..., Jota = 11, Reina = 12, Rey = 13, excepto que Negro significa un valor positivo y Rojo significa un valor negativo.

Usando 14 de las 18 cartas, el niño busca encontrar soluciones de cuatro ecuaciones:

Ecuaciones objetivo

Por ejemplo, una solución exitosa se vería así:

Jugada exitosa de Integer Solitaire

Pregunta. ¿Admite cada conjunto de 18 cartas una solución?

Kent Haines dice, "No tengo idea de si todas las combinaciones de 18 cartas son resolvibles en este juego. Pero he jugado este juego durante cinco años con docenas de estudiantes, y aún no he visto una combinación de 18 cartas que sea insoluble."

Pregunta de seguimiento. En caso de que la respuesta sea negativa, ¿cuál es la probabilidad de tener un conjunto ganador?

Para la pregunta de seguimiento, puede ser que una respuesta exacta esté fuera de alcance, pero los límites en la probabilidad serían bienvenidos.

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player3236 Puntos 1422

De manera insatisfactoria, un contraejemplo es (todo en negro):

$$(5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,J,J,Q,Q,K,K)$$

que no satisface las dos últimas ecuaciones, ya que

$$\_+\_+\_ \ge 5+5+6 =16>13 = K$$

Extendiendo este resultado, necesitamos al menos $22$ cartas para garantizar una tupla de $14$ solucionable, ya que tenemos el contraejemplo de $21$ cartas

$$(3,4,4,5,5, \dots , K, K)$$

donde $3+4+4+5+5+6 = 27 > 26 = 2K$, por lo que las dos últimas ecuaciones no pueden ser satisfechas. No sé si existe un contraejemplo de $22$ cartas en este momento.

19voto

pkr298 Puntos 278

Contraejemplo de 28 cartas:

$$ negro: K, K, J, J, 9, 9, 7, 7, 5, 5, 3, 3, A, A $$ $$ rojo: K, K, J, J, 9, 9, 7, 7, 5, 5, 3, 3, A, A $$

no puede satisfacer __ + __ = __ porque 2 impares hacen un par (ya sea sumados o restados), y no hay pares en el conjunto.

Editar: son 28 cartas, no 26.

El contraejemplo 29 es fácil: con solo un par adicional, no es suficiente para satisfacer ambas ecuaciones superiores. Entonces, se necesitan añadir 2 pares.

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