home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Info 1994 March / Internet Info CD-ROM (Walnut Creek) (March 1994).iso / answers / rec / puzzles / archive / pickover / part1 < prev    next >
Text File  |  1993-08-17  |  54KB  |  1,482 lines

  1. Newsgroups: rec.puzzles,news.answers,rec.answers
  2. Path: senator-bedfellow.mit.edu!bloom-beacon.mit.edu!gatech!europa.eng.gtefsd.com!uunet!questrel!chris
  3. From: chris@questrel.com (Chris Cole)
  4. Subject: rec.puzzles Archive (pickover), part 28 of 35
  5. Message-ID: <puzzles/archive/pickover/part1_745653851@questrel.com>
  6. Followup-To: rec.puzzles
  7. Summary: This is part of an archive of questions
  8.  and answers that may be of interest to
  9.  puzzle enthusiasts.
  10.  Part 1 contains the index to the archive.
  11.  Read the rec.puzzles FAQ for more information.
  12. Sender: chris@questrel.com (Chris Cole)
  13. Reply-To: archive-comment@questrel.com
  14. Organization: Questrel, Inc.
  15. References: <puzzles/archive/Instructions_745653851@questrel.com>
  16. Date: Wed, 18 Aug 1993 06:06:35 GMT
  17. Approved: news-answers-request@MIT.Edu
  18. Expires: Thu, 1 Sep 1994 06:04:11 GMT
  19. Lines: 1460
  20. Xref: senator-bedfellow.mit.edu rec.puzzles:25011 news.answers:11531 rec.answers:1931
  21.  
  22. Archive-name: puzzles/archive/pickover/part1
  23. Last-modified: 17 Aug 1993
  24. Version: 4
  25.  
  26.  
  27. ==> pickover/pickover.01.p <==
  28. Title: Cliff Puzzle 1: Can you beat the numbers game?
  29. From: cliff@watson.ibm.com
  30.  
  31. If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  32. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  33. about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  34. in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  35. is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  36. in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  37. Thanks, Cliff Pickover
  38.  
  39. * * *
  40. At a recent trip to the Ontario Science Center in Toronto, Canada I came
  41. across an interesting puzzle.  The center is located minutes from
  42. downtown Toronto and it's a vast playground of science with hundreds of
  43. exhibits inviting you to touch, try, test, and titillate your curiosity.
  44. The puzzle I saw there can be stated as follows.  In the 10 boxes below,
  45. write a 10-digit number.  The digit in the first box indicates the total
  46. number of zeros in the entire number.  The box marked "1" indicates the
  47. total number of 1's in the number.  The box marked "2" indicates the
  48. total number of 2's in the number, and so on.  For example, the "3" in
  49. the box labeled "0" would indicate that there must be exactly three 0's
  50. in the 10-digit number.
  51.  
  52. -------------------------------
  53. | 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8| 9|
  54. | 3|  |  |  |  |  |  |  |  |  |
  55. -------------------------------
  56.  
  57.  
  58. Stop And Think
  59.  
  60. 1. Is there a solution to this problem?  Are there many solutions to this
  61. problem?
  62.  
  63. 2. A more advanced an interesting problem is to continue to
  64. generate a sequence in a recursive fashion such that each row becomes
  65. the sequence for the previous.  For example, start with the usual
  66. 0 through 9 digits in row 1:
  67.  
  68. Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  69.  
  70. Assume Row 2 is your solution to the puzzle.  I've just inserted random
  71. digits below so as not to give away the solution:
  72.  
  73.  
  74. Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9   S(1)
  75. Row 2: 9 3 2 3 3 1 6 7 8 9   S(2)
  76. Row 3:                       S(3)
  77.  
  78. Row 2 is now the starting point, and your next job is to form row 3, row 4,
  79. etc. using the same rules.  In the previous example, a digit in the
  80. first box would indicate how many 9's there are in the next 10-digit number,
  81. and so forth.
  82.  
  83. Contest: I am looking for the longest sequence of numbers users can come
  84. up with using these rules.  Can you find a Row 2 or Row 3?
  85. Is it even possible to generate a "row 2" or "row 3"?
  86.  
  87.  
  88. ==> pickover/pickover.01.s <==
  89. 1) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  90. 2) 6 2 1 0 0 0 1 0 0 0
  91. 3) 0 0 0 4 4 4 0 4 4 4
  92. 4) 6 6 6 0 0 0 6 0 0 0
  93. 5) 0 0 0 4 4 4 0 4 4 4
  94.            .
  95.            .
  96.            .
  97.  
  98. and so on, repeating rows 3 and 4.
  99. I don't know yet whether there are multiple solutions, but
  100. I'll keep looking.
  101.  
  102. Mark Hayes
  103. Goddard Space Flight Center (GSFC) / Interferometrics, Inc.
  104. mwh@gemini.gsfc.nasa.gov
  105.  
  106. GSFC Code 926.9
  107. Greenbelt, MD 20771
  108.  
  109. -------------------------
  110.  
  111.  
  112. In article <1992Sep14.133741.34561@watson.ibm.com>, you write:
  113. |> The puzzle I saw there can be stated as follows.  In the 10 boxes below,
  114. |> write a 10-digit number.  The digit in the first box indicates the total
  115. |> number of zeros in the entire number.  The box marked "1" indicates the
  116. |> total number of 1's in the number.  The box marked "2" indicates the
  117. |> total number of 2's in the number, and so on.  For example, the "3" in
  118. |> the box labeled "0" would indicate that there must be exactly three 0's
  119. |> in the 10-digit number.
  120. |>
  121. |> -------------------------------
  122. |> | 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8| 9|
  123. |> | 3|  |  |  |  |  |  |  |  |  |
  124. |> -------------------------------
  125. |>
  126. |>
  127. |> Stop And Think
  128. |>
  129. |> 1. Is there a solution to this problem?  Are there many solutions to this
  130. |> problem?
  131.  
  132. This is an old puzzle, but I'll solve it as if it was new because I
  133. find your extension below to be interesting.
  134. Since all possible digits must be "counted" once, the ten digits must
  135. add up to 10.  Consider the first digit (= the amount of zeroes used):
  136.  
  137. 9: Impossible, since all the other digits would have to be zero.
  138. 8: Also impossible, since we must mark a 1 under the 8, and the other
  139.    digits then must be zeroes.
  140. 7: We must mark a 1 under the 7, and we have one more non-zero digit
  141.    to assign.  We've used a 1, so we must put a non-zero digit under the 1.
  142.    However, if we put a 1 there, it's wrong because we've used two ones,
  143.    and if we put a two that's also wrong.  So 7 zeroes doesn't work.
  144. 6: Begin as before, putting a 1 under the 6.  Now we must mark under the 1,
  145.    but putting a 1 is wrong, so put a 2.  Now we have one non-zero digit
  146.    left to assign, and marking a 1 under the two works.  6210001000 works.
  147. 5: Now we take a different approach to analyze this.  If there are only
  148.    five zeroes, then there are five non-zeroes, one of which is the 5 we
  149.    marked under the zero.  Obviously a 1 must be marked under the 5 and
  150.    zeroes under 6-9, so we have 5----10000, where the dashes contain one
  151.    zero and three other numbers, which must add up to four (since all
  152.    ten digits must add up to ten) - so we have two ones and a two.  But then
  153.    the digits we have are described by 5310010000, which is not the set of
  154.    digits we have, so there is no solution.  Similar proofs show that there
  155.    cannot be 4,3,2, or 1 zero.
  156. 0: Impossible, since you would have to use a zero to indicate you didn't have
  157.    a zero.
  158.  
  159. |> 2. A more advanced an interesting problem is to continue to
  160. |> generate a sequence in a recursive fashion such that each row becomes
  161. |> the sequence for the previous.  For example, start with the usual
  162. |> 0 through 9 digits in row 1:
  163. |>
  164. |> Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  165. |>
  166. |> Assume Row 2 is your solution to the puzzle.  I've just inserted random
  167. |> digits below so as not to give away the solution:
  168. |>
  169. |>
  170. |> Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9   S(1)
  171. |> Row 2: 9 3 2 3 3 1 6 7 8 9   S(2)
  172. |> Row 3:                       S(3)
  173. |>
  174. |> Row 2 is now the starting point, and your next job is to form row 3, row 4,
  175. |> etc. using the same rules.  In the previous example, a digit in the
  176. |> first box would indicate how many 9's there are in the next 10-digit number,
  177. |> and so forth.
  178. |>
  179. |> Contest: I am looking for the longest sequence of numbers users can come
  180. |> up with using these rules.  Can you find a Row 2 or Row 3?
  181. |> Is it even possible to generate a "row 2" or "row 3"?
  182.  
  183. Well, first off, our handy rule about all the digits adding up to ten no
  184. longer applies.  Let's see if we can find an answer:
  185.  
  186. Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  187. Row 2: 6 2 1 0 0 0 1 0 0 0
  188. Row 3: ?
  189.  
  190. All the same digits must be placed under all the zeroes in row 2, or some
  191. of them would be wrong, and this digit cannot be larger than 4 since six
  192. non-zeroes are used under the zeroes in row 2.  So, consider the cases:
  193.  
  194. 4: If we put 4's under all the zeroes, we must put zeroes everywhere else.
  195.    0004440444 works.
  196. 3: Now we must place one non-zero digit under either the 6 or the 2, since
  197.    there are two 1's that must stay alike.  Putting any non-zero digit under
  198.    the 6 is wrong since there aren't any sixes, unless you put a 6 under
  199.    the 6, which is still wrong.  Similarly no digit works under the two.
  200. 2: Now we must put a non-zero digit under the 2, since we already used 6 of
  201.    them.  We must also have two zeroes, which can only go under the ones.
  202.    This gives us --02220222.  However, we must put a non-zero under the 6,
  203.    and we can't put a one, since we must have zeroes under the ones.  Any
  204.    number greater than one is wrong, because we don't have that many 6's.
  205. 1: OK, we start with ---111-111, and one of the -'s must be a zero.  This
  206.    zero must go under the 2 or the 6, because the ones must be alike (and
  207.    we've already used some ones).  Suppose we put 6's under the ones, and
  208.    don't use any more ones.  Then we need a 2 under the 6, and we need
  209.    a one under the 2, which breaks what we did before.  So, instead put
  210.    7's under the ones.  Now we must put a 1 and a 0 in the other two spots,
  211.    but either arrangement is wrong.  We can't put a higher number under the
  212.    ones because there aren't enough spaces left, so there is no solution
  213.    with 1 zero.
  214. 0: Self-contradiction, as in the original problem.
  215.  
  216. So now we have a unique third row.  Can we make a fourth?
  217.  
  218. Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  219. Row 2: 6 2 1 0 0 0 1 0 0 0
  220. Row 3: 0 0 0 4 4 4 0 4 4 4
  221.  
  222. Now there can only be two different digits used in the next number.  Consider
  223. the possibilities:
  224.  
  225. No zero is used: We need to mark this by putting zeroes under the zeroes
  226.    Self-contradiction.
  227. Some zeroes are used:  They can't go under the zeroes, so put zeroes under
  228.    the fours.  Now six zeroes are used, so put 6's under the zeroes.
  229.    6660006000 works.
  230.  
  231. The same logic used to find row four shows that row five must be 0004440444
  232. again, and we get into an infinite cycle alternating between these two.
  233.  
  234.  
  235. --
  236. ----w-w--------------Joseph  De Vincentis--jwd2@owlnet.rice.edu----------------
  237.    ( ^ )   Disclaimer: My opinions do not represent those of Owlnet.
  238.    (O O)   Owlnet: George R. Brown School of Engineering Educational Network.
  239.     v-v    (Unauthorized use is prohibited.)  (Being uwop-ap!sdn is allowed.)
  240.            Snail mail: Rice U., 6100 S. Main, Houston TX 77005.
  241. -------------------------
  242.  
  243. In rec.puzzles you write:
  244.  
  245. >Title: Cliff Puzzle 1: Can you beat the numbers game?
  246. >From: cliff@watson.ibm.com
  247.  
  248. [...]
  249. >1. Is there a solution to this problem?  Are there many solutions to this
  250. >problem?
  251.  
  252. Yes.  No.
  253.  
  254.  
  255. >2. A more advanced an interesting problem is to continue to
  256. >generate a sequence in a recursive fashion such that each row becomes
  257. >the sequence for the previous.  For example, start with the usual
  258. >0 through 9 digits in row 1:
  259.  
  260. [...]
  261.  
  262. >Contest: I am looking for the longest sequence of numbers users can come
  263. >up with using these rules.  Can you find a Row 2 or Row 3?
  264. >Is it even possible to generate a "row 2" or "row 3"?
  265.  
  266. My program produces the following output:
  267.     0123456789
  268.     6210001000
  269.     no solutions found
  270.  
  271. So I believe that the result for row 2 is unique and that there is no
  272. result for row 3.
  273.  
  274. [ I am including the program at the end of this message just for your interest ]
  275.  
  276.  
  277.  
  278. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  279. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  280. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  281. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  282. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  283. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  284. >Thanks, Cliff Pickover
  285.  
  286. The name, address etc should appear in my signature.  As for myself,
  287. I'm a PhD student due to finish much too shortly who likes solving
  288. puzzles.
  289.  
  290.  
  291.  
  292.  
  293.  
  294.  
  295.                                 Pauli
  296.  
  297. Paul Dale                       | grue@cs.uq.oz.au
  298. Department of Computer Science  | +61 7 365 2445
  299. University of Queensland        |
  300. Australia, 4072                 | Did you know that there are 41 two letter
  301.                                 |     words containing the letter 'a'?
  302.  
  303. The program I used follows:
  304. --------------------------------------8<------------------------------
  305. #include <stdio.h>
  306. #include <stdlib.h>
  307.  
  308. #define START(in) for(in=0;in<9;in++) {            \
  309.             if(sum+in > 10)            \
  310.                 break;            \
  311.             else                \
  312.                 sum = sum+in;        \
  313.             counts[digits[in]]++;
  314.  
  315. #define STOP(in)     counts[digits[in]]--;        \
  316.             sum -= in;            \
  317.           }
  318.  
  319. main() {
  320. short counts[10];
  321. short i, sum;
  322. short i0,i1,i2,i3,i4,i5,i6,i7,i8,i9;
  323. static short digits[10] = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
  324. short solns[10][100];
  325. short solcnt=0;
  326.  
  327.     printf("0123456789\n");
  328.  
  329. again:
  330.     for(i=0;i<10;i++) counts[i]=0;
  331.     sum = 0;
  332.     START(i0)
  333.       START(i1)
  334.         START(i2)
  335.           START(i3)
  336.         START(i4)
  337.           START(i5)
  338.             START(i6)
  339.               START(i7)
  340.             START(i8)
  341.               START(i9)
  342. if(counts[0]==digits[i0] && counts[1]==digits[i1] && counts[2]==digits[i2] &&
  343.             counts[3]==digits[i3] && counts[4]==digits[i4] &&
  344.             counts[5]==digits[i5] && counts[6]==digits[i6] &&
  345.             counts[7]==digits[i7] && counts[8]==digits[i8] &&
  346.             counts[9]==digits[i9]) {
  347.         printf("%d%d%d%d%d%d%d%d%d%d\n", i0,i1,i2,i3,i4,i5,
  348.             i6,i7,i8,i9);
  349.         for(i=0;i<10;i++)
  350.             solns[0][solcnt] = i0;
  351.             solns[1][solcnt] = i1;
  352.             solns[2][solcnt] = i2;
  353.             solns[3][solcnt] = i3;
  354.             solns[4][solcnt] = i4;
  355.             solns[5][solcnt] = i5;
  356.             solns[6][solcnt] = i6;
  357.             solns[7][solcnt] = i7;
  358.             solns[8][solcnt] = i8;
  359.             solns[9][solcnt] = i9;
  360.             solcnt++;
  361.         }
  362.               STOP(i9)
  363.             STOP(i8)
  364.               STOP(i7)
  365.             STOP(i6)
  366.           STOP(i5)
  367.         STOP(i4)
  368.           STOP(i3)
  369.         STOP(i2)
  370.       STOP(i1)
  371.     STOP(i0)
  372.     if(solcnt == 0) {
  373.         printf("no solutions found\n");
  374.     } else if(solcnt == 1) {
  375.         for(i=0;i<10;i++)
  376.             digits[i] = solns[i][0];
  377.         solcnt = 0;
  378.         goto again;
  379.     } else
  380.         printf("multiple solutions found\n");
  381. }
  382. --------------------------------------8<------------------------------
  383.  
  384. -------------------------
  385.  
  386. In article <1992Sep14.133741.34561@watson.ibm.com> you write:
  387. >Title: Cliff Puzzle 1: Can you beat the numbers game?
  388. >From: cliff@watson.ibm.com
  389. >
  390. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  391. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  392. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  393. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  394. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  395. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  396. >Thanks, Cliff Pickover
  397. >
  398. >* * *
  399. >At a recent trip to the Ontario Science Center in Toronto, Canada I came
  400. >across an interesting puzzle.  The center is located minutes from
  401. >downtown Toronto and it's a vast playground of science with hundreds of
  402. >exhibits inviting you to touch, try, test, and titillate your curiosity.
  403. >The puzzle I saw there can be stated as follows.  In the 10 boxes below,
  404. >write a 10-digit number.  The digit in the first box indicates the total
  405. >number of zeros in the entire number.  The box marked "1" indicates the
  406. >total number of 1's in the number.  The box marked "2" indicates the
  407. >total number of 2's in the number, and so on.  For example, the "3" in
  408. >the box labeled "0" would indicate that there must be exactly three 0's
  409. >in the 10-digit number.
  410. >
  411. >-------------------------------
  412. >| 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8| 9|
  413. >| 3|  |  |  |  |  |  |  |  |  |
  414. >-------------------------------
  415. >
  416. >
  417. >Stop And Think
  418. >
  419. >1. Is there a solution to this problem?  Are there many solutions to this
  420. >problem?
  421.  
  422. A. Since there are ten digits in the number, the sum of the digits in the bottom
  423. row must be 10.
  424.  
  425. B. If x appears under y there must be x appearences of y, hence x*y<10
  426. So, the MAXIMUM that can appear under each number is:
  427. ---------------------
  428. |0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|
  429. |9|9|4|3|2|1|1|1|1|1| max
  430. ---------------------
  431.  
  432. C. In fact, under the numbers 5..9 there can be AT MOST one non-zero (1) answer
  433. since otherwise two numbers of the 5..9 veriaty would appear and violate rule A.
  434.  
  435. D. So there must be at least 4 zeros. If there were exactly 4 zeros, then the
  436. numbers 1..4 will all have under them non-zeros (as the zeros are used up for
  437. the 5..9 group). There is also at least one number that is 5 or greater. Well,
  438. there is a 5 (or more), a 4 (under zero), a 1 (under the 5..9 category) and
  439. something above zero under the other 1..4 digits for a total above 10. This
  440. violates rule A.
  441.  
  442. E. So there must be at least 5 zeros. So a (exactly one) number that is at
  443. least 5 has a 1 under it. (since under zero would appear a >=5 number).
  444.  
  445. F. Under 1 there must be at least 1 since the solution has at least one 1 (the
  446. one under a 5..9 number). However it could not be exactly 1 as then there would
  447. be 2 (or more) 1's in the solution.
  448.  
  449. G. If there were 3 or more ones, then they must be under 2..9 . But then there
  450. would be a 5 (or more) under zero + a 3 (or more) under one + a 1 under three
  451. (or more) other places for a total above 10.
  452.  
  453. H. So there must be at exactly 2 ones in the solution. And hence, at least 1
  454. under two.
  455.  
  456. We can summerize:
  457.  
  458. ---------------------
  459. |0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|
  460. |5|2|1|0|0|----1----| min
  461. |6|2|2|1|1|----1----| max
  462. ---------------------
  463. where the maximum under each digit is 10 - SUM(minimum of all others)
  464.  
  465. I. Since no 3 or 4 is now possible, those two numbers must have a zero under
  466. them.
  467.  
  468. J. So there are six zeros. Hence:
  469. ---------------------
  470. |0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|
  471. |6|2|1|0|0|0|1|0|0|0| min
  472. |6|2|2|0|0|0|1|0|0|0| max
  473. ---------------------
  474.  
  475. K. Notice that "min" is a solution, while "max" is not. Hence, "min is the
  476. *ONLY* solution!
  477.  
  478.  
  479. My name is Dan Shoham. This is the only fact about me I care to make public.
  480. You are free to attribute it, but provide me a note when you do so.
  481.  
  482. shoham@ll.mit.edu
  483. -------------------------
  484.  
  485. >From clong@romulus.rutgers.edu (Chris Long) Tue Sep 15 06:08:45 1992
  486. Path: igor.rutgers.edu!romulus.rutgers.edu!clong
  487. From: clong@romulus.rutgers.edu (Chris Long)
  488. Newsgroups: rec.puzzles
  489. Subject: Re: Puzzle 1 (SPOILER)
  490. Message-ID: <Sep.15.06.08.45.1992.9569@romulus.rutgers.edu>
  491. Date: 15 Sep 92 10:08:45 GMT
  492. References: <1992Sep14.133741.34561@watson.ibm.com> <1992Sep15.052438.12478@questrel.com>
  493. Organization: Rutgers Univ., New Brunswick, N.J.
  494. Lines: 62
  495.  
  496. In article <1992Sep15.052438.12478@questrel.com>, Chris Cole writes:
  497.  
  498. Chris, don't forget to include my name on my solutions in the FAQ,
  499. please.  My old article should be replaced with the following in the
  500. FAQ, anyway:
  501.  
  502. --Cut here--
  503. Solution prepared by Chris Long.
  504.  
  505. Unfortunately, this isn't completely new, since I believe a similar
  506. puzzle I posted and answered are in the FAQ.  However, it *is* different
  507. enough to be interesting.
  508.  
  509. In article <1992Mar3.164702.428@hls.com>, ravi@hls.com writes:
  510.  
  511. > Here's a small number puzzle :
  512.  
  513. >     Generate numbers such that the each digit in the number specifies
  514. > the number of the occurences of the position of the digit ( postions starting
  515. > with 0 from the left ). Example
  516.  
  517. >     The number 1210
  518. ...
  519.  
  520. My guess is only:
  521.  
  522. 1210
  523. 21200
  524.  
  525. 3211000
  526. 42101000
  527. 521001000
  528. 6210001000
  529.  
  530. No 1, 2, or 3 digit numbers are possible.  Letting x_i be the ith
  531. digit, starting with 0, we see that (1) x_0 + ... + x_n = n+1 and
  532. (2) 0*x_0 + ... + n*x_n = n+1, where n+1 is the number of digits.
  533.  
  534. I'll first prove that x_0 > n-3 if n>4.  Assume not, then this
  535. implies that at least four of the x_i with i>0 are non-zero.  But
  536. then we would have \sum_i i*x_i >= 10 by (2), impossible unless n=9,
  537. but it isn't possible in this case (51111100000 isn't valid).
  538.  
  539. Now I'll prove that x_0 < n-1.  x_0 clearly can't equal n; assume
  540. x_0 = n-1 ==> x_{n-1} = 1 by (2) if n>3.  Now only one of the
  541. remaining x_i may be non-zero, and we must have that x_0 + ... + x_n
  542. = n+1, but since x_0 + x_{n-1} = n ==> the remaining x_i = 1 ==> by
  543. (2) that x_2 = 1.  But this can't be, since x_{n-1} = 1 ==> x_1>0.
  544. Now assuming x_0 = n-2 we conclude that x_{n-2} = 1 by (2) if n>5
  545. ==> x_1 + ... + x_{n-3} + x_{n-1} + x_n = 2 and 1*x_1 + ... +
  546. (n-3)*x_{n-3} + (n-1)*x_{n-1} + n*x_n = 3 ==> x_1=1 and x_2=1,
  547. contradiction.
  548.  
  549. Case n>5:
  550.  
  551. We have that x_0 = n-3 and if n>=7 ==> x_{n-3}=1 ==> x_1=2 and
  552. x_2=1 by (1) and (2).  For the case n=6 we see that x_{n-3}=2
  553. leads to an easy contradiction, and we get the same result.  The
  554. cases n=4,5 are easy enough to handle, and lead to the two solutions
  555. above.
  556. --
  557. Chris Long, 265 Old York Rd., Bridgewater, NJ  08807-2618
  558. --
  559. Chris Long, 265 Old York Rd., Bridgewater, NJ  08807-2618
  560. -------------------------
  561.  
  562.  
  563. The number "2020" was left off my list by mistake ... sorry.
  564.  
  565. -Chris
  566. -------------------------
  567.  
  568.  
  569. > * * *
  570. > At a recent trip to the Ontario Science Center in Toronto, Canada I came
  571. > across an interesting puzzle.  The center is located minutes from
  572. > downtown Toronto and it's a vast playground of science with hundreds of
  573. > exhibits inviting you to touch, try, test, and titillate your curiosity.
  574. > The puzzle I saw there can be stated as follows.  In the 10 boxes below,
  575. > write a 10-digit number.  The digit in the first box indicates the total
  576. > number of zeros in the entire number.  The box marked "1" indicates the
  577. > total number of 1's in the number.  The box marked "2" indicates the
  578. > total number of 2's in the number, and so on.  For example, the "3" in
  579. > the box labeled "0" would indicate that there must be exactly three 0's
  580. > in the 10-digit number.
  581. >
  582. > -------------------------------
  583. > | 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8| 9|
  584. > | 3|  |  |  |  |  |  |  |  |  |
  585. > -------------------------------
  586. >
  587. >
  588. > Stop And Think
  589. >
  590. > 1. Is there a solution to this problem?  Are there many solutions to this
  591. > problem?
  592. >
  593. [Second question and contest problem omitted]
  594.  
  595.  
  596. Good puzzle!  I am wondering though whether the second question (which
  597. I have not tried to solve yet) is moe amenable to computer search.
  598. It seems to me that there should not be so many cases to consider, so
  599. that even exhaustive search should work.
  600.  
  601. So, here is my ten minutes work on the first question.
  602. I think there is a unique solution which is:  6210001000.
  603. Here is the reasoning.
  604. Let the number be (in Tex notation)
  605.         d_0 d_1 d_2 d_3 d_4 d_5 d_6 d_7 d_8 d_9.
  606. By definition
  607.     d_0 + d_1 + d_2 + d_3 + d_4 + d_5 + d_6 + d_7 + d_8 + d_9 = 10.  (1)
  608. Moreover, d_0 > 0, since d_0 = 0 contradicts itself.
  609. Let d_0 = c for some integer 9 >= c >= 1.
  610. If c = 9, then d_9 = 1, contradiction since d_1 should both be 0 and 1 then.
  611. If 9 > c >= 1, we rewrite (1) removing all d_i s that are zeros
  612.         c + d_(i_1) + d_(i_2) + ... + d_(i_(9-c)) = 10
  613.     <=> d_(i_1) + d_(i_2) + ... + d_(i_(9-c)) = 10 -c    (2)
  614. where all the d_(i_j) >= 1,  j=1,...,9-c            (3)
  615. (2) & (3) imply that the d_(i_j)s are 8-c 1s and one 2.
  616. Since there exists ONE 2, then there exists at least one 1.
  617. So the only digits in the number are 0, 1, 2, and c (if different than 1 and 2).
  618. If c is either 1 or 2, we have 3 different digits in the number, which
  619. implies d_1 <= 3, impossible since d_1 = 8 - c >= 6.
  620. If c> 2, we have four different digits in the number, and in fact
  621. d_0 = c, d_1 = 8-c, d_2 = 1, d_c = 1, which leaves us with 6 0s.  QED
  622.  
  623. I hope I did not miss any other cases.
  624.  
  625. Do you plan to post answers or comments later?
  626. Leonidas
  627.  
  628. --------------------------------------------------------------------------------
  629. Leonidas Palios                The Geometry Center
  630.                     1300 South Second Str
  631. palios@geom.umn.edu            Minneapolis, Minnesota 55454
  632. -------------------------
  633.  
  634. -------------------------------
  635. | 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8| 9|
  636. -------------------------------
  637. | 6| 2| 1| 0| 0| 0| 1| 0| 0| 0|
  638. | 0| 0| 0| 4| 4| 4| 0| 4| 4| 4|  <-
  639. | 6| 6| 6| 0| 0| 0| 6| 0| 0| 0|    |
  640. | 0| 0| 0| 4| 4| 4| 0| 4| 4| 4|  <-
  641.   .
  642.   .
  643.   .
  644.  
  645.  
  646. I must be missing something in my understanding of your rules.
  647. I found the second row by imagining that I'd need lots of zeros
  648. and putting nine in the 0 column, then skipping back and forth
  649. adjusting things.  I had to put a tic in the 9 column, then
  650. I had to put one in the 1 column, then I realized that had to
  651. change that to a two since now there were two ones, and at the
  652. same time another required tic in the 2 column balanced the
  653. change of one to two in the 1 column, and then of course there
  654. weren't nine zeros anymore, but there were still six and so by
  655. changing the nine in the 1 column to a six, the one in the 9
  656. column sould just migrate down to the 6 column.  But it almost
  657. seems like cheating to use fours in the second row when there
  658. were none in the second row to necessitate this kind of adjusting.
  659. *shrug*  If this is right, the series is infinite, obviously.
  660.  
  661. Please let me know if I'm interpreting something wrong.
  662.  
  663. Thanks, and nice puzzle. :)
  664.  
  665. Grant Culbertson
  666. grant@minos.nmt.edu
  667. dgray@sirius.nmt.edu
  668.  
  669.  
  670. ==> pickover/pickover.02.p <==
  671. Title: Cliff Puzzle 2: Grid of the Gods
  672. From: cliff@watson.ibm.com
  673.  
  674. If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  675. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  676. about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  677. in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  678. is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  679. in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  680. Thanks, Cliff Pickover
  681.  
  682. * * *
  683.  
  684. Consider a grid of infinitesimal dots spaced 1 inch apart in a cube with
  685. an edge equal in length to the diameter of the sun (4.5x10**9 feet).
  686. For conceptual purposes, you can think of the dots as having unit
  687. spacing, being precisely placed at 1.00000...., 2.00000....,
  688. 3.00000...., etc. Next choose one of the dots and draw a line through it
  689. which extends from that dot to the edge of the huge cube in both
  690. directions.
  691.  
  692. Stop And Think
  693.  
  694. 1. What is the probability that your line will intersect another dot
  695. in the fine grid of dots within the cube the size of the sun?
  696. Would your answer be different if the cube were the size of the
  697. solar system?
  698.  
  699. 2. Could a computer program be written to simulate this process?
  700.  
  701. 3. Answer the two questions above, but this time assume the line
  702. to have some finite thickness, T.
  703.  
  704.  
  705. ==> pickover/pickover.02.s <==
  706. -------------------------
  707.  
  708. In article <1992Sep14.141551.42075@watson.ibm.com> you write:
  709. >Title: Cliff Puzzle 2: Grid of the Gods
  710. >From: cliff@watson.ibm.com
  711. >
  712. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  713. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  714. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  715. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  716. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  717. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  718. >Thanks, Cliff Pickover
  719. >
  720. >* * *
  721. >
  722. >Consider a grid of infinitesimal dots spaced 1 inch apart in a cube with
  723. >an edge equal in length to the diameter of the sun (4.5x10**9 feet).
  724. >For conceptual purposes, you can think of the dots as having unit
  725. >spacing, being precisely placed at 1.00000...., 2.00000....,
  726. >3.00000...., etc. Next choose one of the dots and draw a line through it
  727. >which extends from that dot to the edge of the huge cube in both
  728. >directions.
  729. >
  730. >Stop And Think
  731. >
  732. >1. What is the probability that your line will intersect another dot
  733. >in the fine grid of dots within the cube the size of the sun?
  734. >Would your answer be different if the cube were the size of the
  735. >solar system?
  736.  
  737. That depends on the manner the dot and the direction of the line were choosen.
  738. If both process used uniform (or any other continous) distribution, then - of
  739. course - the probability would be zero. If, for instance, the direction of
  740. the line is always choosen to be parallel to one of the cube's edges, then the
  741. probability is one.
  742.  
  743. >
  744. >2. Could a computer program be written to simulate this process?
  745.  
  746. Not a meaningfull question. Simple minded programs could never simulate
  747. infinitesimal points, but well thought out algorithm could express anything
  748. that can be shown analytically.
  749. >
  750. >3. Answer the two questions above, but this time assume the line
  751. >to have some finite thickness, T.
  752. >
  753.  
  754. This is equivelent to making each dot of diameter T, and keeping the line thin.
  755. For T> (1 inch / 4.5*10^9 ft) inches, the probability -> 1.
  756.  
  757. A simple minded computer program could simulate this.
  758.  
  759. Dan Shoham
  760. shoham@ll.mit.edu
  761. -------------------------
  762.  
  763. In article <1992Sep14.141551.42075@watson.ibm.com> you write:
  764. >1. What is the probability that your line will intersect another dot
  765. >in the fine grid of dots within the cube the size of the sun?
  766.  
  767. About 50%, because I usually draw horizontal lines.
  768.  
  769. I.e., YOU DIDN'T GIVE THE DISTRIBUTION OF "lines".
  770.  
  771. cf the puzzle of "what is the probability that a randomly selected
  772. chord of a circle is longer than the radius of that circle."  The
  773. answer depends on how you "randomly select."
  774. _________________________________________________________
  775. Matt Crawford       crawdad@fncent.fnal.gov      Fermilab
  776.  
  777.  
  778. ==> pickover/pickover.03.p <==
  779. Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  780. From: cliff@watson.ibm.com
  781.  
  782. If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  783. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  784. about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  785. in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  786. is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  787. in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  788. Thanks, Cliff Pickover
  789.  
  790. * * *
  791.  
  792. How many numbers have at least one digit -- a three?
  793.  
  794. In the first 10 numbers, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 there is only one number
  795. which contain the digit 3.  This means that 1/10 or 10% of the numbers
  796. have the number 1 in the first 10 numbers.  In the first 100 numbers the
  797. occurrence of numbers with at least one three seems to be growing.  In
  798. fact there are 19 numbers:  3,13,23,33,43,53,63,73,83,93,
  799. 30,31,32,34,35,36,37,38,39.  This means that about 19% of the digits
  800. contain the number 3 in the first 100 numbers.
  801.  
  802. We can make a table showing the percentage of numbers with
  803. at least one 3-digit for the first N numbers.
  804. N        %
  805. 10       1
  806. 100      19
  807. 1000     27
  808. 10000    34
  809.  
  810. The percentages rapidly increase to 100% indicating that almost all of
  811. the numbers have a 3 in them!  In fact, a formula describing the
  812. proportion of 3's can be written:  1-(9/10)**N.  The proportion gets
  813. very close to 1 as N increases.
  814.  
  815. Stop And Think
  816.  
  817. 1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  818.  
  819.  
  820. ==> pickover/pickover.03.s <==
  821. -------------------------
  822.  
  823. You wrote (in article <1992Sep14.141704.26532@watson.ibm.com>):
  824. >Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  825. >1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  826.  
  827. Because as the numbers get larger, they contain more digits,
  828. increasing the probability that one of the digits in them might be a
  829. 3.  In fact, the probability that a 3 will _not_ appear in a very long
  830. number is very low.
  831.  
  832. I like this puzzle.  Simple, but it made me think for a moment.
  833. A three in every number?  Preposterous!  ;)
  834.  
  835. As for the other information you requested from responders: You have
  836. my name and email address now, I don't give out my home address unless
  837. it's necessary, and what sort of 'affiliation' are you seeking --
  838. religious, business, or what?
  839.  
  840.      << Brian >>
  841.  
  842. --
  843. _/_/_/       Brian Kendig  Macintosh Jedi           Live never to be ashamed
  844.  _/_/   Starfleet Captain  Oracle Employee         if anything you do or say
  845.   _/  Intrepid Adventurer  Saturn SL2 Owner    is published around the world
  846.       bskendig@netcom.com  Wizard of Frobozz    -- even if what is published
  847.     Princeton '92! BSE/CS  Writer/Actor/Singer                   is not true.
  848. -------------------------
  849.  
  850. In article <1992Sep14.141704.26532@watson.ibm.com> you write:
  851. >Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  852. >From: cliff@watson.ibm.com
  853. >
  854. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  855. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  856. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  857. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  858. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  859. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  860. >Thanks, Cliff Pickover
  861. >
  862. >* * *
  863. >
  864. >How many numbers have at least one digit -- a three?
  865. >
  866. >In the first 10 numbers, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 there is only one number
  867. >which contains the digit 3.  This means that 1/10 or 10% of the numbers
  868. >have the number 1 in the first 10 numbers.  In the first 100 numbers the
  869. >occurrence of numbers with at least one three seems to be growing.  In
  870. >fact there are 19 numbers:  3,13,23,33,43,53,63,73,83,93,
  871. >30,31,32,34,35,36,37,38,39.  This means that about 19% of the digits
  872. >contain the number 3 in the first 100 numbers.
  873. >
  874. >We can make a table showing the percentage of numbers with
  875. >at least one 3-digit for the first N numbers.
  876. >N        %
  877. >10       1
  878. >100      19
  879. >1000     27
  880. >10000    34
  881. >
  882. >The percentages rapidly increase to 100% indicating that almost all of
  883. >the numbers have a 3 in them!  In fact, a formula describing the
  884. >proportion of 3's can be written:  1-(9/10)**N.  The proportion gets
  885. >very close to 1 as N increases.
  886. >
  887. >Stop And Think
  888. >
  889. >1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  890. >
  891.  
  892. Thaddeus Crews, 509 Windsor Green Blvd., Goodlettsville, TN, 37072
  893. Graduate Student (Ph.D.) @ Vanderbilt University, Computer Science
  894. thaddeus@vuse.vanderbilt.edu
  895.  
  896. This problem seems a little bit simple to me, but I was never that
  897. great at math problems so I am not betting the farm on this answer.
  898.  
  899. The percentages you show for # of the first N numbers with at least
  900. one 3-digit is also true (about) for the # of the first N numbers
  901. with at least one 4-digit, at least one 5-digit, etc...
  902.  
  903. Basically, as N increases, so does the number of digits in N, and
  904. therefore so does the number of chances for the digit 3 to appear
  905. (as well as all other digits).  Given a number N with enough (?)
  906. digits, there is a 100% chance of all digits 0-9 appearing in that
  907. number (of course, 1.0E10000000000) does not have a 3 in it, but
  908. if you take the next 1.0E10000000000 numbers the percent that has
  909. a 3 will be (I suspect) 100%.
  910.  
  911. My proof is clearly weak, but the claim is this: as N increases,
  912. the number of digits in N also increases.  As N approaches
  913. infinity, the number of digits in N approaches infinity (at a
  914. slower rate, however).  As the number of digits approaches infinity,
  915. the likelyhood of any specific digit appearing at least once
  916. approaches 100%.
  917.  
  918. I think the real question (to be answered by someone with a better
  919. math training) would be "At what number N does the statistical
  920. likelyhood become 100% of at least one 3-digit appearing in the
  921. first N numbers."
  922.  
  923. Hope this helps....
  924. --
  925. -- Thad Crews                         (email thaddeus@vuse.vanderbilt.edu)
  926. --------------------------------------------------------------------------
  927. "Some people have a way with words, and some people, ... oh ... *not* have
  928. a way, I suppose..."  -- Steve Martin
  929. -------------------------
  930.  
  931.     Heh.  As the numbers get larger, they have more digits.  Assuming a random occu
  932. various digits in the larger numbers (not unreasonable when n-> infinity) the pr
  933. number NOT having a 3 is very low.
  934.  
  935.     -john 'I know it's not a proof...' karakash-
  936. -------------------------
  937.  
  938. >Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  939.  
  940. Seth Breidbart
  941. PO Box 5157
  942. New York, NY 10185
  943.  
  944. Morgan Stanley & Co.
  945.  
  946. >1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  947.  
  948. The probability that a random sequence of n digits does not contain a
  949. 3 is .9^n; as n->infinity, this probability -> 0.  Since almost all
  950. numbers have a lot of digits (there are only a finite number of
  951. integers with <n digits, and infinitely many with >n), the limiting
  952. probability is 0.
  953.  
  954.  
  955. -------------------------
  956.  
  957. In article <1992Sep14.141704.26532@watson.ibm.com> you write:
  958. >Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  959. >From: cliff@watson.ibm.com
  960. >
  961. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  962. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  963. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  964. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  965. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  966. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  967. >Thanks, Cliff Pickover
  968. >
  969. >* * *
  970. >
  971. >How many numbers have at least one digit -- a three?
  972. >
  973. >In the first 10 numbers, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 there is only one number
  974. >which contains the digit 3.  This means that 1/10 or 10% of the numbers
  975. >have the number 1 in the first 10 numbers.  In the first 100 numbers the
  976. >occurrence of numbers with at least one three seems to be growing.  In
  977. >fact there are 19 numbers:  3,13,23,33,43,53,63,73,83,93,
  978. >30,31,32,34,35,36,37,38,39.  This means that about 19% of the digits
  979. >contain the number 3 in the first 100 numbers.
  980. >
  981. >We can make a table showing the percentage of numbers with
  982. >at least one 3-digit for the first N numbers.
  983. >N        %
  984. >10       1
  985. >100      19
  986. >1000     27
  987. >10000    34
  988. >
  989. >The percentages rapidly increase to 100% indicating that almost all of
  990. >the numbers have a 3 in them!  In fact, a formula describing the
  991. >proportion of 3's can be written:  1-(9/10)**N.  The proportion gets
  992. >very close to 1 as N increases.
  993. >
  994. >Stop And Think
  995. >
  996. >1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  997. >
  998.  
  999. No problem. In fact almost all very large numbers have all digits in them.
  1000. It is rather hard for a number with zillions of digits to avoid "3"s (or any
  1001. other digit).
  1002.  
  1003. It fact, the sequences "15", "172", and "666" (and any other finite sequence)
  1004. are also contained (in order) within almost all numbers.
  1005.  
  1006. Dan Shoham
  1007. shoham@ll.mit.edu
  1008.  
  1009. -------------------------
  1010.  
  1011. Before I forget:
  1012.  
  1013. Chris Long, 265 Old York Rd., Bridgewater, NJ  08807-2618
  1014. clong@remus.rutgers.edu
  1015. --
  1016. Chris Long, 265 Old York Rd., Bridgewater, NJ  08807-2618
  1017. -------------------------
  1018.  
  1019. >Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  1020. >From: cliff@watson.ibm.com
  1021.  
  1022. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  1023. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  1024. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  1025. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  1026. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  1027. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  1028. >Thanks, Cliff Pickover
  1029.  
  1030. >* * *
  1031.  
  1032. >How many numbers have at least one digit -- a three?
  1033.  
  1034. >In the first 10 numbers, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 there is only one number
  1035. >which contains the digit 3.  This means that 1/10 or 10% of the numbers
  1036. >have the number 1 in the first 10 numbers.  In the first 100 numbers the
  1037. >occurrence of numbers with at least one three seems to be growing.  In
  1038. >fact there are 19 numbers:  3,13,23,33,43,53,63,73,83,93,
  1039. >30,31,32,34,35,36,37,38,39.  This means that about 19% of the digits
  1040. >contain the number 3 in the first 100 numbers.
  1041. >
  1042. >We can make a table showing the percentage of numbers with
  1043. >at least one 3-digit for the first N numbers.
  1044. >N        %
  1045. >10       1
  1046. >100      19
  1047. >1000     27
  1048. >10000    34
  1049.  
  1050. >The percentages rapidly increase to 100% indicating that almost all of
  1051. >the numbers have a 3 in them!  In fact, a formula describing the
  1052. >proportion of 3's can be written:  1-(9/10)**N.  The proportion gets
  1053. >very close to 1 as N increases.
  1054.  
  1055. >Stop And Think
  1056.  
  1057. >1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  1058.  
  1059.  
  1060.  
  1061.     I'm not sure this is the answer you are looking for, but:
  1062.  
  1063.  
  1064.     9        =    9
  1065.     9*9        =      81
  1066.     9*9*9        =     729
  1067.     9*9*9*9        =    6561
  1068.         etc.
  1069.  
  1070. The probability of having 3 as the digit in a one-digit number is 1/10.
  1071.     "    of not having 3         "           is 9/10.
  1072.  
  1073. In a two-digit number, the prob. of NOT having 3 as the first digit or
  1074. the second digit, ie. not having 3 in the two-digit number, is simply
  1075. the product of (NOT having 3 in first digit) times (NOT having 3 in second):
  1076.         (9/10)*(9/10) = 81/100
  1077.                   = 0.81
  1078.  
  1079. For a three-digit number:  (9/10)*(9/10)*(9/10) = 729/1000
  1080.                         = 0.729
  1081.  
  1082. For an n-digit number:    (9/10)**n = probability.
  1083.  
  1084.     We can see that as "n" becomes larger and larger, the
  1085.     probability of NOT having a three at all in the number
  1086.     becomes smaller and smaller.  Indeed, as "n" approaches
  1087.     infinity, this probability approaches zero.  In other
  1088.     words, it is very rare for a large number NOT to have 3
  1089.     as one of its digits. In fact, it is very rare for a
  1090.     large number NOT to have any of the ten possible integers
  1091.     represented at least once.
  1092.  
  1093.  
  1094.  
  1095. [Aside,  N    %
  1096.     10    1  = (10 - 9)/1            times 100
  1097.     100    19 = (100 - 81)/100          times 100
  1098.     1000    27 = (1000 - 729)/1000          times 100
  1099.     10000    34 = (10000 - 6561)/10000    times 100        
  1100.             etc.                    ]    
  1101.  
  1102.     
  1103.         Kumar
  1104.         kumar@ug.cs.dal.ca    
  1105.  
  1106. ps:    I'll leave it as a small exercise to tie up the loose ends.
  1107.  
  1108.  
  1109. ==> pickover/pickover.04.p <==
  1110. Title: Cliff Puzzle 4: Time in a Bottle
  1111. From: cliff@watson.ibm.com
  1112.  
  1113. If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  1114. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  1115. about yourself.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of your response
  1116. in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  1117. is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  1118. in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  1119. Thanks, Cliff Pickover
  1120.  
  1121. * * *
  1122.  
  1123. Consider a chain of bottles (B) each connected to one another by a thin
  1124. tube. A marble is placed in bottle 1.
  1125. Each tube contains a one-way valve so marbles can only
  1126. go from left to right in the tubes which are symbolized with "-" marks:
  1127.  
  1128. 1   2   3   4
  1129. B - B - B - B -
  1130.  
  1131.  
  1132. The tubes are thin so it takes
  1133. 1 hour of constant random shaking to get the marble from B1 to B2.
  1134. Likewise for each bottle.
  1135.  
  1136. I have not fully described the bottle collection.  Each bottle
  1137. has a backward 1-way tube to bottle 1.  I've tried to diagram these
  1138. with "*" symbols.  Each time the marble enters bottle B(N) it has
  1139. a 50% probability of going back to bottle 1 via these tubes.
  1140.  
  1141.  
  1142. ****<********
  1143. *           *
  1144. ***<*****   *
  1145. *       *   *
  1146. * * *   *   *
  1147. 1   2   3   4
  1148. B - B - B - B -
  1149.  
  1150. Stop And Think
  1151.  
  1152. 1.  In how many hours will you expect to get the marble out of bottle 10
  1153. after placing the marble in bottle 1?
  1154.  
  1155. 2. Is there a general formula for the amount of time
  1156. required to get the ball out of bottle N into bottle N+1 given
  1157. a probability P of backwards motion (given as 50% in this problem)?
  1158.  
  1159. 3.  In how many hours will you expect to get the marble out of bottle 10
  1160. after placing the marble in bottle 1 given two backward tubes for each
  1161. bottle instead of one backward tube?
  1162.  
  1163. ==> pickover/pickover.04.s <==
  1164. -------------------------
  1165.  
  1166. Subject: Re: Cliff Puzzle 4 (SPOILER)
  1167. Newsgroups: rec.puzzles
  1168. References: <1992Sep15.205532.4172@watson.ibm.com>
  1169.  
  1170. In article <1992Sep15.205532.4172@watson.ibm.com>, Cliff writes:
  1171.  
  1172. > 1.  In how many hours will you expect to get the marble out of bottle 10
  1173. > after placing the marble in bottle 1?
  1174.  
  1175. The expected amount of time to go from state n-1 to n (state 11 is an
  1176. absorbing state) is
  1177.  
  1178. E(n-1,n) = 1 + E(1,n)/2 for 1<n<11;
  1179.  
  1180. also
  1181.  
  1182. E(n-1,n+1) = E(n-1,n) + E(n,n+1) for 1<n<11.
  1183.  
  1184. If n=2 then E(1,2) = 1 + E(1,2)/2 ==> E(1,2) = 2 (it should be clear
  1185. that no E is infinite for this problem).
  1186.  
  1187. E(2,3) = 1 + E(1,3)/2 = 1 + E(1,2)/2 + E(2,3)/2 ==> E(2,3)/2 = 2
  1188. ==> E(1,3) = 6.
  1189.  
  1190. I claim that in general E(1,n) = 2^n - 2 and E(n-1,n) = 2^(n-1).
  1191. Assume true for n, then E(n,n+1) = 1 + E(1,n+1)/2 = 1 + E(1,n)/2 +
  1192. E(n,n+1)/2 ==> E(n,n+1)/2 = 1 + E(1,n)/2 ==> E(n,n+1) = 2 + E(1,n)
  1193. ==> E(n,n+1) = 2 + 2^n - 2 = 2^n.  Furthermore E(1,n+1) = E(1,n) +
  1194. E(n,n+1) = 2^n - 2 + 2^n = 2^(n+1) - 2.  Therefore by induction the
  1195. result is established.
  1196.  
  1197. Now E(1,11) = E(1,10) + 1 (ball can't go back to bottle 1 after
  1198. leaving bottle 10) = 2^10 - 1.
  1199.  
  1200. > 2. Is there a general formula for the amount of time
  1201. > required to get the ball out of bottle N into bottle N+1 given
  1202. > a probability P of backwards motion (given as 50% in this problem)?
  1203.  
  1204. I'd have to check my work, but I get E(n,n+1) = q^n, where q = 1/(1-p).
  1205.  
  1206. > 3.  In how many hours will you expect to get the marble out of bottle 10
  1207. > after placing the marble in bottle 1 given two backward tubes for each
  1208. > bottle instead of one backward tube?
  1209.  
  1210. I get E(1,n) = (q^n - q)/(q-1), so E(1,11) = E(1,10) + 1 =
  1211. (3^10 - 3)/2 + 1.
  1212. -------------------------
  1213.  
  1214.  
  1215. In regards to your fourth problem, the following comments (marked
  1216. with a ">") should be added.  I thought the answer was quite surprising!
  1217. ---
  1218.  
  1219. The expected amount of time to go from state n-1 to n (state 11 is an
  1220. absorbing state) is
  1221.  
  1222. E(n-1,n) = 1 + E(1,n)/2 for 1<n<11
  1223.  
  1224. > since we expect it'll take an hour for the ball to leave bottle n-1,
  1225. > and it then has a probability of 1/2 of returning to the first bottle;
  1226.  
  1227. also
  1228.  
  1229. E(n-1,n+1) = E(n-1,n) + E(n,n+1) for 1<n<11
  1230.  
  1231. > since the only way of getting to state n+1 from n-1 is to first
  1232. > go from state n-1 to n, and then from n to n+1; the total expected
  1233. > time is the sum of the two.
  1234.  
  1235.  
  1236. ==> pickover/pickover.05.p <==
  1237. Title: Cliff Puzzle 5: Mystery Sequence
  1238. From: cliff@watson.ibm.com
  1239.  
  1240. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  1241. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  1242. about yourself so I can cite you appropriately if you provide unique
  1243. information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of your response in
  1244. addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it is
  1245. OK to describe your answer in any article or publication I may write in
  1246. the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  1247. Thanks, Cliff Pickover
  1248.  
  1249. * * *
  1250.  
  1251. What is the next term in the Mystery Sequence:
  1252.  
  1253. 22.45906, 17600.22, 0.34714E+12,
  1254.  
  1255.  
  1256. ==> pickover/pickover.05.s <==
  1257. -------------------------
  1258.  
  1259. Some serious roundoff error going on here, but...
  1260.  
  1261. The sequence 22.45906, 17600.22, 0.34714E+22 is clearly meant to be:
  1262.  
  1263. Pi^e, (Pi^e)^Pi, ((Pi^e)^Pi)^e,
  1264.  
  1265. so the next term should be (((Pi^e)^pi)^e)^pi = 1.80169E36.
  1266.  
  1267. Actually, it looks like you were using "pi" = 3.14159 and "e" = 2.71828, possibl
  1268. with other intermediate rounding off, so you may have been looking for something
  1269. more like 1.8011E36.
  1270.  
  1271. James
  1272. jlayland@grissom.jpl.nasa.gov
  1273. -------------------------
  1274.  
  1275. In article <+M_UUYZ8!@linac.fnal.gov> you write:
  1276. >cliff@watson.ibm.com (cliff) writes:
  1277. >>What is the next term in the Mystery Sequence:
  1278. >>
  1279. >>22.45906, 17600.22, 0.34714E+12,
  1280. >
  1281. >I disagree about the last couple of significant digits, but otherwise
  1282. >the series is pi^e, (pi^e)^pi, ((pi^e)^pi)^e, ... and the next term
  1283. >is about 1.8017E+36.
  1284. >_________________________________________________________
  1285. >Matt Crawford       crawdad@fncent.fnal.gov      Fermilab
  1286. >
  1287. >
  1288.  
  1289.  
  1290. Background:
  1291.  
  1292. I recognized the approximate value of the first term from figuring
  1293. out (during high school, about 20 years ago) the old question of
  1294. which is larger, e^pi or pi^e.  After that it was a mater of taking
  1295. ratios of logs of the terms.
  1296.  
  1297. _________________________________________________________
  1298. Matt Crawford       crawdad@fncent.fnal.gov      Fermilab
  1299.      BS 1978 Applied Math & Physics; PhD 1985 Physics
  1300. -------------------------
  1301.  
  1302. Before I go barking up a wrong tree, I notice that
  1303.  
  1304.      e
  1305.    Pi   = 22.45916
  1306.  
  1307. >22.45906, 17600.22, 0.34714E+12,
  1308. which seems suspiciously close to your first constant. Which should I assume?
  1309.  
  1310.    "Typo. It should read 22.45916",
  1311.    "Coincidence.",
  1312. or "No Comment -- no clues."
  1313.  
  1314.  ???
  1315.  
  1316.    /Alan Paeth
  1317. -------------------------
  1318.  
  1319. In article <1992Sep17.132745.21035@watson.ibm.com> you write:
  1320. >What is the next term in the Mystery Sequence:
  1321. >22.45906, 17600.22, 0.34714E+12,
  1322.  
  1323. As a one-time math major, I thought I recognized that telltale 22.45906 ...
  1324.  
  1325. The sequence continues with 1.8016851E+36
  1326.  
  1327. Steve
  1328. --
  1329. -- monson@diablo.amd.com -- (512) 462-4013
  1330.  __     | signature designed by | One thing about kneading that pizza dough by
  1331. (_      | (and ripped off from) | hand -- it sure gets your fingernails clean!
  1332. __)teve | Stephen Wayne Miller  |         Pizzaria Friend of Danny
  1333.  
  1334. ==> pickover/pickover.06.p <==
  1335. Title: Cliff Puzzle 6: Star Chambers
  1336. From: cliff@watson.ibm.com
  1337.  
  1338. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  1339. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  1340. about yourself so I can cite you appropriately if you provide unique
  1341. information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of your response in
  1342. addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it is
  1343. OK to describe your answer in any article or publication I may write in
  1344. the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  1345. Thanks, Cliff Pickover
  1346.  
  1347. * * *
  1348.  
  1349. As many of you probably know, 5-sided stars produced by drawing a
  1350. continuous line with your pencil can nest inside each other.  (One star
  1351. can sit inside the pentagon produced by the larger star.  Each of the
  1352. 5 points of the small star coincide with the 5 points of the
  1353. internal pentagon of the large star.)
  1354.  
  1355. Start with a five sided star formed with 5 line segments, each 1 inch
  1356. long.  Continually nest stars so that the assembly of stars gets bigger
  1357. and bigger.
  1358.  
  1359. Questions:
  1360. 1.  How many nestings N are required to make star N
  1361. have an edge-length equal to the diameter of the sun (4.5E9 feet)?
  1362.  
  1363. 2. How many nestings N are required to make the cumulative length
  1364. of lines of all the nested stars equal to the diameter of the sun?
  1365.  
  1366.  
  1367. ==> pickover/pickover.06.s <==
  1368. -------------------------
  1369.  
  1370. Cliff Pickover,
  1371.  
  1372. So here I am, waiting to see if one of my long Grobner basis
  1373. calculations is going to finish before the machine goes down.
  1374. This is a good time to read news, and I came across this trivial
  1375. problem in rec.games.puzzles.  I'm not sure why I'm responding,
  1376. perhaps the hour, or perhaps curiousity to see what will come
  1377. of this, but I could have done this the day in high school
  1378. when I learned how to compute cos(pi/5).  The ratio between
  1379. side lengths of successive pentagrams is  r = (3+sqrt(5))/2
  1380. = 1 + golden ratio = 2.618... .   The smallest  N  for which
  1381. r^N > 5.48e10 (slightly more accurate value for sun's diameter
  1382. in inches) is 26, with r^26 = 7.37e10.  The smallest  N  for which
  1383. 5[r^(N+1)-1]/(r-1) > 5.48e10 is 24, with 5(r^25 - 1)/(r-1) = 8.70e10.
  1384. This seems too trivial to post, but do with this response as you like.
  1385.  
  1386. Bob Holt
  1387.  
  1388. -------------------------
  1389.  
  1390.  
  1391.    I just started reading 'rec.puzzles', so have just seen this one and
  1392. the one before (#5)...  and to be honest I'm not sure why you put this one
  1393. out, since it is pretty straightforward.
  1394.  
  1395. >Start with a five sided star formed with 5 line segments, each 1 inch
  1396. >long.  Continually nest stars so that the assembly of stars gets bigger
  1397. >and bigger.
  1398.  
  1399.    The analytical (and general) answer to this problem comes from the
  1400. basic relationship of a "chord" of a regular pentagon, which is defined
  1401. as follows:
  1402.  
  1403.                _=*=_
  1404.             _=/ /   \=_
  1405.          _=/   |       \=_
  1406.       _=/      |          \=_
  1407.      *        /              *
  1408.      |       |  <-- "chord"  |
  1409.       \      |              /
  1410.        |    /              |
  1411.         \  |              /
  1412.          | /             |
  1413.           *-------------*
  1414.  
  1415. compared to the length of one of the sides is the golden ratio, i.e.
  1416.                   _
  1417.             1 + \/5
  1418.            ---------  .
  1419.                2
  1420.  
  1421.    It can then be derived that the length of the "chord" (i.e. segment
  1422. length) of the next bigger Star compared to the length of the "chord"
  1423. of its incribed Star is the square of the golden ratio, or the golden
  1424. ratio plus one, same thing.
  1425.  
  1426. >Questions:
  1427.  
  1428. >1.  How many nestings N are required to make star N
  1429. >have an edge-length equal to the diameter of the sun (4.5E9 feet)?
  1430.  
  1431.    Back-of-envelope calculations as follows:
  1432.  
  1433.     4.5E9 * 12 = total of 5.22E10 inches.
  1434.  
  1435.     ratio of Star sizes approx. 2.618.
  1436.  
  1437.    The best answer is 27 nested Stars, although it produces a Star with
  1438. a "chord" length of 7.366E10 inches, i.e. a bit bigger.  The first, and
  1439. smallest Star, is assumed to be the one with "chord" length of 1 inch.
  1440.  
  1441. >2. How many nestings N are required to make the cumulative length
  1442. >of lines of all the nested stars equal to the diameter of the sun?
  1443.  
  1444.    This is just the sum of a geometric sequence with the ratio being
  1445. the golden ratio squared (or the golden ratio plus one).
  1446.                                           _
  1447.                                   / 1 + \/5 \ 2
  1448.    So, S = 1 inch, and S = S     | --------- |
  1449.         0               n   n-1   \    2    /
  1450.  
  1451.    The sum is just the standard geometric summation, which I can't remember
  1452. offhand, but the contributing terms in the sum (other than the last term),
  1453. are less than one 1.6th of the total (by conincidence the inverse of the
  1454. golden ratio ;-).  This means that the 25th Star (term) is the determining
  1455. factor, and in this case is the answer with a total length of 8.694E10
  1456. inches amoung all of them, and 5.373E10 inches for just the sum of the
  1457. segments of the 25th Star (again, counting the first one as side length
  1458. of 1 inch, or sum of 5 inches).
  1459.  
  1460.    Well, that's it, I guess.  Sorry to be so exhaustive, but I like to
  1461. use analytical methods to be sure I have the right answer.
  1462.  
  1463.    My .signature explains most of what you need to know.  What I mean
  1464. by "Honorary Grad Student" is that I have been taking Grad math classes
  1465. since my sophomore year, and for all intensive purposes might as well
  1466. be one.  My Snail-mail address is 1521 S.W. 66th Ave., Portland, OR
  1467. 97225.  As to info about myself...  I love learning about things, and
  1468. mathematics and consequently computers tend to be a great focus.
  1469.  
  1470.    Anyway, if you have any more puzzles, pass them along...  I am still
  1471. pondering on that sequence (puzzle #5) that you posted.
  1472.  
  1473.    Thanks for your time.
  1474.  
  1475.    Erich
  1476. --
  1477.              "I haven't lost my mind; I know exactly where it is."
  1478.    / --  Erich Stefan Boleyn  -- \        --=> *Mad Genius wanna-be* <=--
  1479.   { Honorary Grad. Student (Math) } Internet E-mail: <erich@gemini.mth.pdx.edu>
  1480.    \  Portland State University  /       WARNING: INTERESTED AND EXCITABLE
  1481.  
  1482.