home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ ftp.pasteur.org/FAQ/ / ftp-pasteur-org-FAQ.zip / FAQ / puzzles / archive / pickover / part1 next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1996-04-26  |  53.1 KB

  1. Received: from MIT.EDU (PACIFIC-CARRIER-ANNEX.MIT.EDU [18.69.0.28]) by bloom-picayune.MIT.EDU (8.6.13/2.3JIK) with SMTP id PAA05094; Sat, 20 Apr 1996 15:09:17 -0400
  2. Received: from [199.164.164.1] by MIT.EDU with SMTP
  3.     id AA15741; Sat, 20 Apr 96 14:11:50 EDT
  4. Received: by questrel.questrel.com (940816.SGI.8.6.9/940406.SGI)
  5.     for news-answers-request@mit.edu id LAA25231; Sat, 20 Apr 1996 11:12:40 -0700
  6. Newsgroups: rec.puzzles,news.answers,rec.answers
  7. Path: senator-bedfellow.mit.edu!bloom-beacon.mit.edu!gatech!europa.eng.gtefsd.com!uunet!questrel!chris
  8. From: chris@questrel.questrel.com (Chris Cole)
  9. Subject: rec.puzzles Archive (pickover), part 28 of 35
  10. Message-Id: <puzzles/archive/pickover/part1_745653851@questrel.com>
  11. Followup-To: rec.puzzles
  12. Summary: This is part of an archive of questions
  13.  and answers that may be of interest to
  14.  puzzle enthusiasts.
  15.  Part 1 contains the index to the archive.
  16.  Read the rec.puzzles FAQ for more information.
  17. Sender: chris@questrel.questrel.com (Chris Cole)
  18. Reply-To: archive-comment@questrel.questrel.com
  19. Organization: Questrel, Inc.
  20. References: <puzzles/archive/Instructions_745653851@questrel.com>
  21. Date: Wed, 18 Aug 1993 06:06:35 GMT
  22. Approved: news-answers-request@MIT.Edu
  23. Expires: Thu, 1 Sep 1994 06:04:11 GMT
  24. Lines: 1460
  25. Xref: senator-bedfellow.mit.edu rec.puzzles:25011 news.answers:11531 rec.answers:1931
  26. Apparently-To: news-answers-request@mit.edu
  27.  
  28. Archive-name: puzzles/archive/pickover/part1
  29. Last-modified: 17 Aug 1993
  30. Version: 4
  31.  
  32.  
  33. ==> pickover/pickover.01.p <==
  34. Title: Cliff Puzzle 1: Can you beat the numbers game?
  35. From: cliff@watson.ibm.com
  36.  
  37. If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  38. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  39. about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  40. in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  41. is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  42. in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  43. Thanks, Cliff Pickover
  44.  
  45. * * *
  46. At a recent trip to the Ontario Science Center in Toronto, Canada I came
  47. across an interesting puzzle.  The center is located minutes from
  48. downtown Toronto and it's a vast playground of science with hundreds of
  49. exhibits inviting you to touch, try, test, and titillate your curiosity.
  50. The puzzle I saw there can be stated as follows.  In the 10 boxes below,
  51. write a 10-digit number.  The digit in the first box indicates the total
  52. number of zeros in the entire number.  The box marked "1" indicates the
  53. total number of 1's in the number.  The box marked "2" indicates the
  54. total number of 2's in the number, and so on.  For example, the "3" in
  55. the box labeled "0" would indicate that there must be exactly three 0's
  56. in the 10-digit number.
  57.  
  58. -------------------------------
  59. | 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8| 9|
  60. | 3|  |  |  |  |  |  |  |  |  |
  61. -------------------------------
  62.  
  63.  
  64. Stop And Think
  65.  
  66. 1. Is there a solution to this problem?  Are there many solutions to this
  67. problem?
  68.  
  69. 2. A more advanced an interesting problem is to continue to
  70. generate a sequence in a recursive fashion such that each row becomes
  71. the sequence for the previous.  For example, start with the usual
  72. 0 through 9 digits in row 1:
  73.  
  74. Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  75.  
  76. Assume Row 2 is your solution to the puzzle.  I've just inserted random
  77. digits below so as not to give away the solution:
  78.  
  79.  
  80. Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9   S(1)
  81. Row 2: 9 3 2 3 3 1 6 7 8 9   S(2)
  82. Row 3:                       S(3)
  83.  
  84. Row 2 is now the starting point, and your next job is to form row 3, row 4,
  85. etc. using the same rules.  In the previous example, a digit in the
  86. first box would indicate how many 9's there are in the next 10-digit number,
  87. and so forth.
  88.  
  89. Contest: I am looking for the longest sequence of numbers users can come
  90. up with using these rules.  Can you find a Row 2 or Row 3?
  91. Is it even possible to generate a "row 2" or "row 3"?
  92.  
  93.  
  94. ==> pickover/pickover.01.s <==
  95. 1) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  96. 2) 6 2 1 0 0 0 1 0 0 0
  97. 3) 0 0 0 4 4 4 0 4 4 4
  98. 4) 6 6 6 0 0 0 6 0 0 0
  99. 5) 0 0 0 4 4 4 0 4 4 4
  100.            .
  101.            .
  102.            .
  103.  
  104. and so on, repeating rows 3 and 4.
  105. I don't know yet whether there are multiple solutions, but
  106. I'll keep looking.
  107.  
  108. Mark Hayes
  109. Goddard Space Flight Center (GSFC) / Interferometrics, Inc.
  110. mwh@gemini.gsfc.nasa.gov
  111.  
  112. GSFC Code 926.9
  113. Greenbelt, MD 20771
  114.  
  115. -------------------------
  116.  
  117.  
  118. In article <1992Sep14.133741.34561@watson.ibm.com>, you write:
  119. |> The puzzle I saw there can be stated as follows.  In the 10 boxes below,
  120. |> write a 10-digit number.  The digit in the first box indicates the total
  121. |> number of zeros in the entire number.  The box marked "1" indicates the
  122. |> total number of 1's in the number.  The box marked "2" indicates the
  123. |> total number of 2's in the number, and so on.  For example, the "3" in
  124. |> the box labeled "0" would indicate that there must be exactly three 0's
  125. |> in the 10-digit number.
  126. |>
  127. |> -------------------------------
  128. |> | 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8| 9|
  129. |> | 3|  |  |  |  |  |  |  |  |  |
  130. |> -------------------------------
  131. |>
  132. |>
  133. |> Stop And Think
  134. |>
  135. |> 1. Is there a solution to this problem?  Are there many solutions to this
  136. |> problem?
  137.  
  138. This is an old puzzle, but I'll solve it as if it was new because I
  139. find your extension below to be interesting.
  140. Since all possible digits must be "counted" once, the ten digits must
  141. add up to 10.  Consider the first digit (= the amount of zeroes used):
  142.  
  143. 9: Impossible, since all the other digits would have to be zero.
  144. 8: Also impossible, since we must mark a 1 under the 8, and the other
  145.    digits then must be zeroes.
  146. 7: We must mark a 1 under the 7, and we have one more non-zero digit
  147.    to assign.  We've used a 1, so we must put a non-zero digit under the 1.
  148.    However, if we put a 1 there, it's wrong because we've used two ones,
  149.    and if we put a two that's also wrong.  So 7 zeroes doesn't work.
  150. 6: Begin as before, putting a 1 under the 6.  Now we must mark under the 1,
  151.    but putting a 1 is wrong, so put a 2.  Now we have one non-zero digit
  152.    left to assign, and marking a 1 under the two works.  6210001000 works.
  153. 5: Now we take a different approach to analyze this.  If there are only
  154.    five zeroes, then there are five non-zeroes, one of which is the 5 we
  155.    marked under the zero.  Obviously a 1 must be marked under the 5 and
  156.    zeroes under 6-9, so we have 5----10000, where the dashes contain one
  157.    zero and three other numbers, which must add up to four (since all
  158.    ten digits must add up to ten) - so we have two ones and a two.  But then
  159.    the digits we have are described by 5310010000, which is not the set of
  160.    digits we have, so there is no solution.  Similar proofs show that there
  161.    cannot be 4,3,2, or 1 zero.
  162. 0: Impossible, since you would have to use a zero to indicate you didn't have
  163.    a zero.
  164.  
  165. |> 2. A more advanced an interesting problem is to continue to
  166. |> generate a sequence in a recursive fashion such that each row becomes
  167. |> the sequence for the previous.  For example, start with the usual
  168. |> 0 through 9 digits in row 1:
  169. |>
  170. |> Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  171. |>
  172. |> Assume Row 2 is your solution to the puzzle.  I've just inserted random
  173. |> digits below so as not to give away the solution:
  174. |>
  175. |>
  176. |> Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9   S(1)
  177. |> Row 2: 9 3 2 3 3 1 6 7 8 9   S(2)
  178. |> Row 3:                       S(3)
  179. |>
  180. |> Row 2 is now the starting point, and your next job is to form row 3, row 4,
  181. |> etc. using the same rules.  In the previous example, a digit in the
  182. |> first box would indicate how many 9's there are in the next 10-digit number,
  183. |> and so forth.
  184. |>
  185. |> Contest: I am looking for the longest sequence of numbers users can come
  186. |> up with using these rules.  Can you find a Row 2 or Row 3?
  187. |> Is it even possible to generate a "row 2" or "row 3"?
  188.  
  189. Well, first off, our handy rule about all the digits adding up to ten no
  190. longer applies.  Let's see if we can find an answer:
  191.  
  192. Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  193. Row 2: 6 2 1 0 0 0 1 0 0 0
  194. Row 3: ?
  195.  
  196. All the same digits must be placed under all the zeroes in row 2, or some
  197. of them would be wrong, and this digit cannot be larger than 4 since six
  198. non-zeroes are used under the zeroes in row 2.  So, consider the cases:
  199.  
  200. 4: If we put 4's under all the zeroes, we must put zeroes everywhere else.
  201.    0004440444 works.
  202. 3: Now we must place one non-zero digit under either the 6 or the 2, since
  203.    there are two 1's that must stay alike.  Putting any non-zero digit under
  204.    the 6 is wrong since there aren't any sixes, unless you put a 6 under
  205.    the 6, which is still wrong.  Similarly no digit works under the two.
  206. 2: Now we must put a non-zero digit under the 2, since we already used 6 of
  207.    them.  We must also have two zeroes, which can only go under the ones.
  208.    This gives us --02220222.  However, we must put a non-zero under the 6,
  209.    and we can't put a one, since we must have zeroes under the ones.  Any
  210.    number greater than one is wrong, because we don't have that many 6's.
  211. 1: OK, we start with ---111-111, and one of the -'s must be a zero.  This
  212.    zero must go under the 2 or the 6, because the ones must be alike (and
  213.    we've already used some ones).  Suppose we put 6's under the ones, and
  214.    don't use any more ones.  Then we need a 2 under the 6, and we need
  215.    a one under the 2, which breaks what we did before.  So, instead put
  216.    7's under the ones.  Now we must put a 1 and a 0 in the other two spots,
  217.    but either arrangement is wrong.  We can't put a higher number under the
  218.    ones because there aren't enough spaces left, so there is no solution
  219.    with 1 zero.
  220. 0: Self-contradiction, as in the original problem.
  221.  
  222. So now we have a unique third row.  Can we make a fourth?
  223.  
  224. Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  225. Row 2: 6 2 1 0 0 0 1 0 0 0
  226. Row 3: 0 0 0 4 4 4 0 4 4 4
  227.  
  228. Now there can only be two different digits used in the next number.  Consider
  229. the possibilities:
  230.  
  231. No zero is used: We need to mark this by putting zeroes under the zeroes
  232.    Self-contradiction.
  233. Some zeroes are used:  They can't go under the zeroes, so put zeroes under
  234.    the fours.  Now six zeroes are used, so put 6's under the zeroes.
  235.    6660006000 works.
  236.  
  237. The same logic used to find row four shows that row five must be 0004440444
  238. again, and we get into an infinite cycle alternating between these two.
  239.  
  240.  
  241. --
  242. ----w-w--------------Joseph  De Vincentis--jwd2@owlnet.rice.edu----------------
  243.    ( ^ )   Disclaimer: My opinions do not represent those of Owlnet.
  244.    (O O)   Owlnet: George R. Brown School of Engineering Educational Network.
  245.     v-v    (Unauthorized use is prohibited.)  (Being uwop-ap!sdn is allowed.)
  246.            Snail mail: Rice U., 6100 S. Main, Houston TX 77005.
  247. -------------------------
  248.  
  249. In rec.puzzles you write:
  250.  
  251. >Title: Cliff Puzzle 1: Can you beat the numbers game?
  252. >From: cliff@watson.ibm.com
  253.  
  254. [...]
  255. >1. Is there a solution to this problem?  Are there many solutions to this
  256. >problem?
  257.  
  258. Yes.  No.
  259.  
  260.  
  261. >2. A more advanced an interesting problem is to continue to
  262. >generate a sequence in a recursive fashion such that each row becomes
  263. >the sequence for the previous.  For example, start with the usual
  264. >0 through 9 digits in row 1:
  265.  
  266. [...]
  267.  
  268. >Contest: I am looking for the longest sequence of numbers users can come
  269. >up with using these rules.  Can you find a Row 2 or Row 3?
  270. >Is it even possible to generate a "row 2" or "row 3"?
  271.  
  272. My program produces the following output:
  273.     0123456789
  274.     6210001000
  275.     no solutions found
  276.  
  277. So I believe that the result for row 2 is unique and that there is no
  278. result for row 3.
  279.  
  280. [ I am including the program at the end of this message just for your interest ]
  281.  
  282.  
  283.  
  284. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  285. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  286. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  287. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  288. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  289. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  290. >Thanks, Cliff Pickover
  291.  
  292. The name, address etc should appear in my signature.  As for myself,
  293. I'm a PhD student due to finish much too shortly who likes solving
  294. puzzles.
  295.  
  296.  
  297.  
  298.  
  299.  
  300.  
  301.                                 Pauli
  302.  
  303. Paul Dale                       | grue@cs.uq.oz.au
  304. Department of Computer Science  | +61 7 365 2445
  305. University of Queensland        |
  306. Australia, 4072                 | Did you know that there are 41 two letter
  307.                                 |     words containing the letter 'a'?
  308.  
  309. The program I used follows:
  310. --------------------------------------8<------------------------------
  311. #include <stdio.h>
  312. #include <stdlib.h>
  313.  
  314. #define START(in) for(in=0;in<9;in++) {            \
  315.             if(sum+in > 10)            \
  316.                 break;            \
  317.             else                \
  318.                 sum = sum+in;        \
  319.             counts[digits[in]]++;
  320.  
  321. #define STOP(in)     counts[digits[in]]--;        \
  322.             sum -= in;            \
  323.           }
  324.  
  325. main() {
  326. short counts[10];
  327. short i, sum;
  328. short i0,i1,i2,i3,i4,i5,i6,i7,i8,i9;
  329. static short digits[10] = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
  330. short solns[10][100];
  331. short solcnt=0;
  332.  
  333.     printf("0123456789\n");
  334.  
  335. again:
  336.     for(i=0;i<10;i++) counts[i]=0;
  337.     sum = 0;
  338.     START(i0)
  339.       START(i1)
  340.         START(i2)
  341.           START(i3)
  342.         START(i4)
  343.           START(i5)
  344.             START(i6)
  345.               START(i7)
  346.             START(i8)
  347.               START(i9)
  348. if(counts[0]==digits[i0] && counts[1]==digits[i1] && counts[2]==digits[i2] &&
  349.             counts[3]==digits[i3] && counts[4]==digits[i4] &&
  350.             counts[5]==digits[i5] && counts[6]==digits[i6] &&
  351.             counts[7]==digits[i7] && counts[8]==digits[i8] &&
  352.             counts[9]==digits[i9]) {
  353.         printf("%d%d%d%d%d%d%d%d%d%d\n", i0,i1,i2,i3,i4,i5,
  354.             i6,i7,i8,i9);
  355.         for(i=0;i<10;i++)
  356.             solns[0][solcnt] = i0;
  357.             solns[1][solcnt] = i1;
  358.             solns[2][solcnt] = i2;
  359.             solns[3][solcnt] = i3;
  360.             solns[4][solcnt] = i4;
  361.             solns[5][solcnt] = i5;
  362.             solns[6][solcnt] = i6;
  363.             solns[7][solcnt] = i7;
  364.             solns[8][solcnt] = i8;
  365.             solns[9][solcnt] = i9;
  366.             solcnt++;
  367.         }
  368.               STOP(i9)
  369.             STOP(i8)
  370.               STOP(i7)
  371.             STOP(i6)
  372.           STOP(i5)
  373.         STOP(i4)
  374.           STOP(i3)
  375.         STOP(i2)
  376.       STOP(i1)
  377.     STOP(i0)
  378.     if(solcnt == 0) {
  379.         printf("no solutions found\n");
  380.     } else if(solcnt == 1) {
  381.         for(i=0;i<10;i++)
  382.             digits[i] = solns[i][0];
  383.         solcnt = 0;
  384.         goto again;
  385.     } else
  386.         printf("multiple solutions found\n");
  387. }
  388. --------------------------------------8<------------------------------
  389.  
  390. -------------------------
  391.  
  392. In article <1992Sep14.133741.34561@watson.ibm.com> you write:
  393. >Title: Cliff Puzzle 1: Can you beat the numbers game?
  394. >From: cliff@watson.ibm.com
  395. >
  396. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  397. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  398. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  399. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  400. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  401. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  402. >Thanks, Cliff Pickover
  403. >
  404. >* * *
  405. >At a recent trip to the Ontario Science Center in Toronto, Canada I came
  406. >across an interesting puzzle.  The center is located minutes from
  407. >downtown Toronto and it's a vast playground of science with hundreds of
  408. >exhibits inviting you to touch, try, test, and titillate your curiosity.
  409. >The puzzle I saw there can be stated as follows.  In the 10 boxes below,
  410. >write a 10-digit number.  The digit in the first box indicates the total
  411. >number of zeros in the entire number.  The box marked "1" indicates the
  412. >total number of 1's in the number.  The box marked "2" indicates the
  413. >total number of 2's in the number, and so on.  For example, the "3" in
  414. >the box labeled "0" would indicate that there must be exactly three 0's
  415. >in the 10-digit number.
  416. >
  417. >-------------------------------
  418. >| 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8| 9|
  419. >| 3|  |  |  |  |  |  |  |  |  |
  420. >-------------------------------
  421. >
  422. >
  423. >Stop And Think
  424. >
  425. >1. Is there a solution to this problem?  Are there many solutions to this
  426. >problem?
  427.  
  428. A. Since there are ten digits in the number, the sum of the digits in the bottom
  429. row must be 10.
  430.  
  431. B. If x appears under y there must be x appearences of y, hence x*y<10
  432. So, the MAXIMUM that can appear under each number is:
  433. ---------------------
  434. |0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|
  435. |9|9|4|3|2|1|1|1|1|1| max
  436. ---------------------
  437.  
  438. C. In fact, under the numbers 5..9 there can be AT MOST one non-zero (1) answer
  439. since otherwise two numbers of the 5..9 veriaty would appear and violate rule A.
  440.  
  441. D. So there must be at least 4 zeros. If there were exactly 4 zeros, then the
  442. numbers 1..4 will all have under them non-zeros (as the zeros are used up for
  443. the 5..9 group). There is also at least one number that is 5 or greater. Well,
  444. there is a 5 (or more), a 4 (under zero), a 1 (under the 5..9 category) and
  445. something above zero under the other 1..4 digits for a total above 10. This
  446. violates rule A.
  447.  
  448. E. So there must be at least 5 zeros. So a (exactly one) number that is at
  449. least 5 has a 1 under it. (since under zero would appear a >=5 number).
  450.  
  451. F. Under 1 there must be at least 1 since the solution has at least one 1 (the
  452. one under a 5..9 number). However it could not be exactly 1 as then there would
  453. be 2 (or more) 1's in the solution.
  454.  
  455. G. If there were 3 or more ones, then they must be under 2..9 . But then there
  456. would be a 5 (or more) under zero + a 3 (or more) under one + a 1 under three
  457. (or more) other places for a total above 10.
  458.  
  459. H. So there must be at exactly 2 ones in the solution. And hence, at least 1
  460. under two.
  461.  
  462. We can summerize:
  463.  
  464. ---------------------
  465. |0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|
  466. |5|2|1|0|0|----1----| min
  467. |6|2|2|1|1|----1----| max
  468. ---------------------
  469. where the maximum under each digit is 10 - SUM(minimum of all others)
  470.  
  471. I. Since no 3 or 4 is now possible, those two numbers must have a zero under
  472. them.
  473.  
  474. J. So there are six zeros. Hence:
  475. ---------------------
  476. |0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|
  477. |6|2|1|0|0|0|1|0|0|0| min
  478. |6|2|2|0|0|0|1|0|0|0| max
  479. ---------------------
  480.  
  481. K. Notice that "min" is a solution, while "max" is not. Hence, "min is the
  482. *ONLY* solution!
  483.  
  484.  
  485. My name is Dan Shoham. This is the only fact about me I care to make public.
  486. You are free to attribute it, but provide me a note when you do so.
  487.  
  488. shoham@ll.mit.edu
  489. -------------------------
  490.  
  491. >From clong@romulus.rutgers.edu (Chris Long) Tue Sep 15 06:08:45 1992
  492. Path: igor.rutgers.edu!romulus.rutgers.edu!clong
  493. From: clong@romulus.rutgers.edu (Chris Long)
  494. Newsgroups: rec.puzzles
  495. Subject: Re: Puzzle 1 (SPOILER)
  496. Message-ID: <Sep.15.06.08.45.1992.9569@romulus.rutgers.edu>
  497. Date: 15 Sep 92 10:08:45 GMT
  498. References: <1992Sep14.133741.34561@watson.ibm.com> <1992Sep15.052438.12478@questrel.com>
  499. Organization: Rutgers Univ., New Brunswick, N.J.
  500. Lines: 62
  501.  
  502. In article <1992Sep15.052438.12478@questrel.com>, Chris Cole writes:
  503.  
  504. Chris, don't forget to include my name on my solutions in the FAQ,
  505. please.  My old article should be replaced with the following in the
  506. FAQ, anyway:
  507.  
  508. --Cut here--
  509. Solution prepared by Chris Long.
  510.  
  511. Unfortunately, this isn't completely new, since I believe a similar
  512. puzzle I posted and answered are in the FAQ.  However, it *is* different
  513. enough to be interesting.
  514.  
  515. In article <1992Mar3.164702.428@hls.com>, ravi@hls.com writes:
  516.  
  517. > Here's a small number puzzle :
  518.  
  519. >     Generate numbers such that the each digit in the number specifies
  520. > the number of the occurences of the position of the digit ( postions starting
  521. > with 0 from the left ). Example
  522.  
  523. >     The number 1210
  524. ...
  525.  
  526. My guess is only:
  527.  
  528. 1210
  529. 21200
  530.  
  531. 3211000
  532. 42101000
  533. 521001000
  534. 6210001000
  535.  
  536. No 1, 2, or 3 digit numbers are possible.  Letting x_i be the ith
  537. digit, starting with 0, we see that (1) x_0 + ... + x_n = n+1 and
  538. (2) 0*x_0 + ... + n*x_n = n+1, where n+1 is the number of digits.
  539.  
  540. I'll first prove that x_0 > n-3 if n>4.  Assume not, then this
  541. implies that at least four of the x_i with i>0 are non-zero.  But
  542. then we would have \sum_i i*x_i >= 10 by (2), impossible unless n=9,
  543. but it isn't possible in this case (51111100000 isn't valid).
  544.  
  545. Now I'll prove that x_0 < n-1.  x_0 clearly can't equal n; assume
  546. x_0 = n-1 ==> x_{n-1} = 1 by (2) if n>3.  Now only one of the
  547. remaining x_i may be non-zero, and we must have that x_0 + ... + x_n
  548. = n+1, but since x_0 + x_{n-1} = n ==> the remaining x_i = 1 ==> by
  549. (2) that x_2 = 1.  But this can't be, since x_{n-1} = 1 ==> x_1>0.
  550. Now assuming x_0 = n-2 we conclude that x_{n-2} = 1 by (2) if n>5
  551. ==> x_1 + ... + x_{n-3} + x_{n-1} + x_n = 2 and 1*x_1 + ... +
  552. (n-3)*x_{n-3} + (n-1)*x_{n-1} + n*x_n = 3 ==> x_1=1 and x_2=1,
  553. contradiction.
  554.  
  555. Case n>5:
  556.  
  557. We have that x_0 = n-3 and if n>=7 ==> x_{n-3}=1 ==> x_1=2 and
  558. x_2=1 by (1) and (2).  For the case n=6 we see that x_{n-3}=2
  559. leads to an easy contradiction, and we get the same result.  The
  560. cases n=4,5 are easy enough to handle, and lead to the two solutions
  561. above.
  562. --
  563. Chris Long, 265 Old York Rd., Bridgewater, NJ  08807-2618
  564. --
  565. Chris Long, 265 Old York Rd., Bridgewater, NJ  08807-2618
  566. -------------------------
  567.  
  568.  
  569. The number "2020" was left off my list by mistake ... sorry.
  570.  
  571. -Chris
  572. -------------------------
  573.  
  574.  
  575. > * * *
  576. > At a recent trip to the Ontario Science Center in Toronto, Canada I came
  577. > across an interesting puzzle.  The center is located minutes from
  578. > downtown Toronto and it's a vast playground of science with hundreds of
  579. > exhibits inviting you to touch, try, test, and titillate your curiosity.
  580. > The puzzle I saw there can be stated as follows.  In the 10 boxes below,
  581. > write a 10-digit number.  The digit in the first box indicates the total
  582. > number of zeros in the entire number.  The box marked "1" indicates the
  583. > total number of 1's in the number.  The box marked "2" indicates the
  584. > total number of 2's in the number, and so on.  For example, the "3" in
  585. > the box labeled "0" would indicate that there must be exactly three 0's
  586. > in the 10-digit number.
  587. >
  588. > -------------------------------
  589. > | 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8| 9|
  590. > | 3|  |  |  |  |  |  |  |  |  |
  591. > -------------------------------
  592. >
  593. >
  594. > Stop And Think
  595. >
  596. > 1. Is there a solution to this problem?  Are there many solutions to this
  597. > problem?
  598. >
  599. [Second question and contest problem omitted]
  600.  
  601.  
  602. Good puzzle!  I am wondering though whether the second question (which
  603. I have not tried to solve yet) is moe amenable to computer search.
  604. It seems to me that there should not be so many cases to consider, so
  605. that even exhaustive search should work.
  606.  
  607. So, here is my ten minutes work on the first question.
  608. I think there is a unique solution which is:  6210001000.
  609. Here is the reasoning.
  610. Let the number be (in Tex notation)
  611.         d_0 d_1 d_2 d_3 d_4 d_5 d_6 d_7 d_8 d_9.
  612. By definition
  613.     d_0 + d_1 + d_2 + d_3 + d_4 + d_5 + d_6 + d_7 + d_8 + d_9 = 10.  (1)
  614. Moreover, d_0 > 0, since d_0 = 0 contradicts itself.
  615. Let d_0 = c for some integer 9 >= c >= 1.
  616. If c = 9, then d_9 = 1, contradiction since d_1 should both be 0 and 1 then.
  617. If 9 > c >= 1, we rewrite (1) removing all d_i s that are zeros
  618.         c + d_(i_1) + d_(i_2) + ... + d_(i_(9-c)) = 10
  619.     <=> d_(i_1) + d_(i_2) + ... + d_(i_(9-c)) = 10 -c    (2)
  620. where all the d_(i_j) >= 1,  j=1,...,9-c            (3)
  621. (2) & (3) imply that the d_(i_j)s are 8-c 1s and one 2.
  622. Since there exists ONE 2, then there exists at least one 1.
  623. So the only digits in the number are 0, 1, 2, and c (if different than 1 and 2).
  624. If c is either 1 or 2, we have 3 different digits in the number, which
  625. implies d_1 <= 3, impossible since d_1 = 8 - c >= 6.
  626. If c> 2, we have four different digits in the number, and in fact
  627. d_0 = c, d_1 = 8-c, d_2 = 1, d_c = 1, which leaves us with 6 0s.  QED
  628.  
  629. I hope I did not miss any other cases.
  630.  
  631. Do you plan to post answers or comments later?
  632. Leonidas
  633.  
  634. --------------------------------------------------------------------------------
  635. Leonidas Palios                The Geometry Center
  636.                     1300 South Second Str
  637. palios@geom.umn.edu            Minneapolis, Minnesota 55454
  638. -------------------------
  639.  
  640. -------------------------------
  641. | 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8| 9|
  642. -------------------------------
  643. | 6| 2| 1| 0| 0| 0| 1| 0| 0| 0|
  644. | 0| 0| 0| 4| 4| 4| 0| 4| 4| 4|  <-
  645. | 6| 6| 6| 0| 0| 0| 6| 0| 0| 0|    |
  646. | 0| 0| 0| 4| 4| 4| 0| 4| 4| 4|  <-
  647.   .
  648.   .
  649.   .
  650.  
  651.  
  652. I must be missing something in my understanding of your rules.
  653. I found the second row by imagining that I'd need lots of zeros
  654. and putting nine in the 0 column, then skipping back and forth
  655. adjusting things.  I had to put a tic in the 9 column, then
  656. I had to put one in the 1 column, then I realized that had to
  657. change that to a two since now there were two ones, and at the
  658. same time another required tic in the 2 column balanced the
  659. change of one to two in the 1 column, and then of course there
  660. weren't nine zeros anymore, but there were still six and so by
  661. changing the nine in the 1 column to a six, the one in the 9
  662. column sould just migrate down to the 6 column.  But it almost
  663. seems like cheating to use fours in the second row when there
  664. were none in the second row to necessitate this kind of adjusting.
  665. *shrug*  If this is right, the series is infinite, obviously.
  666.  
  667. Please let me know if I'm interpreting something wrong.
  668.  
  669. Thanks, and nice puzzle. :)
  670.  
  671. Grant Culbertson
  672. grant@minos.nmt.edu
  673. dgray@sirius.nmt.edu
  674.  
  675.  
  676. ==> pickover/pickover.02.p <==
  677. Title: Cliff Puzzle 2: Grid of the Gods
  678. From: cliff@watson.ibm.com
  679.  
  680. If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  681. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  682. about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  683. in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  684. is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  685. in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  686. Thanks, Cliff Pickover
  687.  
  688. * * *
  689.  
  690. Consider a grid of infinitesimal dots spaced 1 inch apart in a cube with
  691. an edge equal in length to the diameter of the sun (4.5x10**9 feet).
  692. For conceptual purposes, you can think of the dots as having unit
  693. spacing, being precisely placed at 1.00000...., 2.00000....,
  694. 3.00000...., etc. Next choose one of the dots and draw a line through it
  695. which extends from that dot to the edge of the huge cube in both
  696. directions.
  697.  
  698. Stop And Think
  699.  
  700. 1. What is the probability that your line will intersect another dot
  701. in the fine grid of dots within the cube the size of the sun?
  702. Would your answer be different if the cube were the size of the
  703. solar system?
  704.  
  705. 2. Could a computer program be written to simulate this process?
  706.  
  707. 3. Answer the two questions above, but this time assume the line
  708. to have some finite thickness, T.
  709.  
  710.  
  711. ==> pickover/pickover.02.s <==
  712. -------------------------
  713.  
  714. In article <1992Sep14.141551.42075@watson.ibm.com> you write:
  715. >Title: Cliff Puzzle 2: Grid of the Gods
  716. >From: cliff@watson.ibm.com
  717. >
  718. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  719. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  720. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  721. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  722. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  723. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  724. >Thanks, Cliff Pickover
  725. >
  726. >* * *
  727. >
  728. >Consider a grid of infinitesimal dots spaced 1 inch apart in a cube with
  729. >an edge equal in length to the diameter of the sun (4.5x10**9 feet).
  730. >For conceptual purposes, you can think of the dots as having unit
  731. >spacing, being precisely placed at 1.00000...., 2.00000....,
  732. >3.00000...., etc. Next choose one of the dots and draw a line through it
  733. >which extends from that dot to the edge of the huge cube in both
  734. >directions.
  735. >
  736. >Stop And Think
  737. >
  738. >1. What is the probability that your line will intersect another dot
  739. >in the fine grid of dots within the cube the size of the sun?
  740. >Would your answer be different if the cube were the size of the
  741. >solar system?
  742.  
  743. That depends on the manner the dot and the direction of the line were choosen.
  744. If both process used uniform (or any other continous) distribution, then - of
  745. course - the probability would be zero. If, for instance, the direction of
  746. the line is always choosen to be parallel to one of the cube's edges, then the
  747. probability is one.
  748.  
  749. >
  750. >2. Could a computer program be written to simulate this process?
  751.  
  752. Not a meaningfull question. Simple minded programs could never simulate
  753. infinitesimal points, but well thought out algorithm could express anything
  754. that can be shown analytically.
  755. >
  756. >3. Answer the two questions above, but this time assume the line
  757. >to have some finite thickness, T.
  758. >
  759.  
  760. This is equivelent to making each dot of diameter T, and keeping the line thin.
  761. For T> (1 inch / 4.5*10^9 ft) inches, the probability -> 1.
  762.  
  763. A simple minded computer program could simulate this.
  764.  
  765. Dan Shoham
  766. shoham@ll.mit.edu
  767. -------------------------
  768.  
  769. In article <1992Sep14.141551.42075@watson.ibm.com> you write:
  770. >1. What is the probability that your line will intersect another dot
  771. >in the fine grid of dots within the cube the size of the sun?
  772.  
  773. About 50%, because I usually draw horizontal lines.
  774.  
  775. I.e., YOU DIDN'T GIVE THE DISTRIBUTION OF "lines".
  776.  
  777. cf the puzzle of "what is the probability that a randomly selected
  778. chord of a circle is longer than the radius of that circle."  The
  779. answer depends on how you "randomly select."
  780. _________________________________________________________
  781. Matt Crawford       crawdad@fncent.fnal.gov      Fermilab
  782.  
  783.  
  784. ==> pickover/pickover.03.p <==
  785. Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  786. From: cliff@watson.ibm.com
  787.  
  788. If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  789. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  790. about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  791. in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  792. is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  793. in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  794. Thanks, Cliff Pickover
  795.  
  796. * * *
  797.  
  798. How many numbers have at least one digit -- a three?
  799.  
  800. In the first 10 numbers, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 there is only one number
  801. which contain the digit 3.  This means that 1/10 or 10% of the numbers
  802. have the number 1 in the first 10 numbers.  In the first 100 numbers the
  803. occurrence of numbers with at least one three seems to be growing.  In
  804. fact there are 19 numbers:  3,13,23,33,43,53,63,73,83,93,
  805. 30,31,32,34,35,36,37,38,39.  This means that about 19% of the digits
  806. contain the number 3 in the first 100 numbers.
  807.  
  808. We can make a table showing the percentage of numbers with
  809. at least one 3-digit for the first N numbers.
  810. N        %
  811. 10       1
  812. 100      19
  813. 1000     27
  814. 10000    34
  815.  
  816. The percentages rapidly increase to 100% indicating that almost all of
  817. the numbers have a 3 in them!  In fact, a formula describing the
  818. proportion of 3's can be written:  1-(9/10)**N.  The proportion gets
  819. very close to 1 as N increases.
  820.  
  821. Stop And Think
  822.  
  823. 1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  824.  
  825.  
  826. ==> pickover/pickover.03.s <==
  827. -------------------------
  828.  
  829. You wrote (in article <1992Sep14.141704.26532@watson.ibm.com>):
  830. >Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  831. >1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  832.  
  833. Because as the numbers get larger, they contain more digits,
  834. increasing the probability that one of the digits in them might be a
  835. 3.  In fact, the probability that a 3 will _not_ appear in a very long
  836. number is very low.
  837.  
  838. I like this puzzle.  Simple, but it made me think for a moment.
  839. A three in every number?  Preposterous!  ;)
  840.  
  841. As for the other information you requested from responders: You have
  842. my name and email address now, I don't give out my home address unless
  843. it's necessary, and what sort of 'affiliation' are you seeking --
  844. religious, business, or what?
  845.  
  846.      << Brian >>
  847.  
  848. --
  849. _/_/_/       Brian Kendig  Macintosh Jedi           Live never to be ashamed
  850.  _/_/   Starfleet Captain  Oracle Employee         if anything you do or say
  851.   _/  Intrepid Adventurer  Saturn SL2 Owner    is published around the world
  852.       bskendig@netcom.com  Wizard of Frobozz    -- even if what is published
  853.     Princeton '92! BSE/CS  Writer/Actor/Singer                   is not true.
  854. -------------------------
  855.  
  856. In article <1992Sep14.141704.26532@watson.ibm.com> you write:
  857. >Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  858. >From: cliff@watson.ibm.com
  859. >
  860. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  861. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  862. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  863. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  864. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  865. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  866. >Thanks, Cliff Pickover
  867. >
  868. >* * *
  869. >
  870. >How many numbers have at least one digit -- a three?
  871. >
  872. >In the first 10 numbers, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 there is only one number
  873. >which contains the digit 3.  This means that 1/10 or 10% of the numbers
  874. >have the number 1 in the first 10 numbers.  In the first 100 numbers the
  875. >occurrence of numbers with at least one three seems to be growing.  In
  876. >fact there are 19 numbers:  3,13,23,33,43,53,63,73,83,93,
  877. >30,31,32,34,35,36,37,38,39.  This means that about 19% of the digits
  878. >contain the number 3 in the first 100 numbers.
  879. >
  880. >We can make a table showing the percentage of numbers with
  881. >at least one 3-digit for the first N numbers.
  882. >N        %
  883. >10       1
  884. >100      19
  885. >1000     27
  886. >10000    34
  887. >
  888. >The percentages rapidly increase to 100% indicating that almost all of
  889. >the numbers have a 3 in them!  In fact, a formula describing the
  890. >proportion of 3's can be written:  1-(9/10)**N.  The proportion gets
  891. >very close to 1 as N increases.
  892. >
  893. >Stop And Think
  894. >
  895. >1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  896. >
  897.  
  898. Thaddeus Crews, 509 Windsor Green Blvd., Goodlettsville, TN, 37072
  899. Graduate Student (Ph.D.) @ Vanderbilt University, Computer Science
  900. thaddeus@vuse.vanderbilt.edu
  901.  
  902. This problem seems a little bit simple to me, but I was never that
  903. great at math problems so I am not betting the farm on this answer.
  904.  
  905. The percentages you show for # of the first N numbers with at least
  906. one 3-digit is also true (about) for the # of the first N numbers
  907. with at least one 4-digit, at least one 5-digit, etc...
  908.  
  909. Basically, as N increases, so does the number of digits in N, and
  910. therefore so does the number of chances for the digit 3 to appear
  911. (as well as all other digits).  Given a number N with enough (?)
  912. digits, there is a 100% chance of all digits 0-9 appearing in that
  913. number (of course, 1.0E10000000000) does not have a 3 in it, but
  914. if you take the next 1.0E10000000000 numbers the percent that has
  915. a 3 will be (I suspect) 100%.
  916.  
  917. My proof is clearly weak, but the claim is this: as N increases,
  918. the number of digits in N also increases.  As N approaches
  919. infinity, the number of digits in N approaches infinity (at a
  920. slower rate, however).  As the number of digits approaches infinity,
  921. the likelyhood of any specific digit appearing at least once
  922. approaches 100%.
  923.  
  924. I think the real question (to be answered by someone with a better
  925. math training) would be "At what number N does the statistical
  926. likelyhood become 100% of at least one 3-digit appearing in the
  927. first N numbers."
  928.  
  929. Hope this helps....
  930. --
  931. -- Thad Crews                         (email thaddeus@vuse.vanderbilt.edu)
  932. --------------------------------------------------------------------------
  933. "Some people have a way with words, and some people, ... oh ... *not* have
  934. a way, I suppose..."  -- Steve Martin
  935. -------------------------
  936.  
  937.     Heh.  As the numbers get larger, they have more digits.  Assuming a random occu
  938. various digits in the larger numbers (not unreasonable when n-> infinity) the pr
  939. number NOT having a 3 is very low.
  940.  
  941.     -john 'I know it's not a proof...' karakash-
  942. -------------------------
  943.  
  944. >Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  945.  
  946. Seth Breidbart
  947. PO Box 5157
  948. New York, NY 10185
  949.  
  950. Morgan Stanley & Co.
  951.  
  952. >1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  953.  
  954. The probability that a random sequence of n digits does not contain a
  955. 3 is .9^n; as n->infinity, this probability -> 0.  Since almost all
  956. numbers have a lot of digits (there are only a finite number of
  957. integers with <n digits, and infinitely many with >n), the limiting
  958. probability is 0.
  959.  
  960.  
  961. -------------------------
  962.  
  963. In article <1992Sep14.141704.26532@watson.ibm.com> you write:
  964. >Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  965. >From: cliff@watson.ibm.com
  966. >
  967. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  968. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  969. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  970. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  971. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  972. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  973. >Thanks, Cliff Pickover
  974. >
  975. >* * *
  976. >
  977. >How many numbers have at least one digit -- a three?
  978. >
  979. >In the first 10 numbers, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 there is only one number
  980. >which contains the digit 3.  This means that 1/10 or 10% of the numbers
  981. >have the number 1 in the first 10 numbers.  In the first 100 numbers the
  982. >occurrence of numbers with at least one three seems to be growing.  In
  983. >fact there are 19 numbers:  3,13,23,33,43,53,63,73,83,93,
  984. >30,31,32,34,35,36,37,38,39.  This means that about 19% of the digits
  985. >contain the number 3 in the first 100 numbers.
  986. >
  987. >We can make a table showing the percentage of numbers with
  988. >at least one 3-digit for the first N numbers.
  989. >N        %
  990. >10       1
  991. >100      19
  992. >1000     27
  993. >10000    34
  994. >
  995. >The percentages rapidly increase to 100% indicating that almost all of
  996. >the numbers have a 3 in them!  In fact, a formula describing the
  997. >proportion of 3's can be written:  1-(9/10)**N.  The proportion gets
  998. >very close to 1 as N increases.
  999. >
  1000. >Stop And Think
  1001. >
  1002. >1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  1003. >
  1004.  
  1005. No problem. In fact almost all very large numbers have all digits in them.
  1006. It is rather hard for a number with zillions of digits to avoid "3"s (or any
  1007. other digit).
  1008.  
  1009. It fact, the sequences "15", "172", and "666" (and any other finite sequence)
  1010. are also contained (in order) within almost all numbers.
  1011.  
  1012. Dan Shoham
  1013. shoham@ll.mit.edu
  1014.  
  1015. -------------------------
  1016.  
  1017. Before I forget:
  1018.  
  1019. Chris Long, 265 Old York Rd., Bridgewater, NJ  08807-2618
  1020. clong@remus.rutgers.edu
  1021. --
  1022. Chris Long, 265 Old York Rd., Bridgewater, NJ  08807-2618
  1023. -------------------------
  1024.  
  1025. >Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  1026. >From: cliff@watson.ibm.com
  1027.  
  1028. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  1029. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  1030. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  1031. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  1032. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  1033. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  1034. >Thanks, Cliff Pickover
  1035.  
  1036. >* * *
  1037.  
  1038. >How many numbers have at least one digit -- a three?
  1039.  
  1040. >In the first 10 numbers, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 there is only one number
  1041. >which contains the digit 3.  This means that 1/10 or 10% of the numbers
  1042. >have the number 1 in the first 10 numbers.  In the first 100 numbers the
  1043. >occurrence of numbers with at least one three seems to be growing.  In
  1044. >fact there are 19 numbers:  3,13,23,33,43,53,63,73,83,93,
  1045. >30,31,32,34,35,36,37,38,39.  This means that about 19% of the digits
  1046. >contain the number 3 in the first 100 numbers.
  1047. >
  1048. >We can make a table showing the percentage of numbers with
  1049. >at least one 3-digit for the first N numbers.
  1050. >N        %
  1051. >10       1
  1052. >100      19
  1053. >1000     27
  1054. >10000    34
  1055.  
  1056. >The percentages rapidly increase to 100% indicating that almost all of
  1057. >the numbers have a 3 in them!  In fact, a formula describing the
  1058. >proportion of 3's can be written:  1-(9/10)**N.  The proportion gets
  1059. >very close to 1 as N increases.
  1060.  
  1061. >Stop And Think
  1062.  
  1063. >1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  1064.  
  1065.  
  1066.  
  1067.     I'm not sure this is the answer you are looking for, but:
  1068.  
  1069.  
  1070.     9        =    9
  1071.     9*9        =      81
  1072.     9*9*9        =     729
  1073.     9*9*9*9        =    6561
  1074.         etc.
  1075.  
  1076. The probability of having 3 as the digit in a one-digit number is 1/10.
  1077.     "    of not having 3         "           is 9/10.
  1078.  
  1079. In a two-digit number, the prob. of NOT having 3 as the first digit or
  1080. the second digit, ie. not having 3 in the two-digit number, is simply
  1081. the product of (NOT having 3 in first digit) times (NOT having 3 in second):
  1082.         (9/10)*(9/10) = 81/100
  1083.                   = 0.81
  1084.  
  1085. For a three-digit number:  (9/10)*(9/10)*(9/10) = 729/1000
  1086.                         = 0.729
  1087.  
  1088. For an n-digit number:    (9/10)**n = probability.
  1089.  
  1090.     We can see that as "n" becomes larger and larger, the
  1091.     probability of NOT having a three at all in the number
  1092.     becomes smaller and smaller.  Indeed, as "n" approaches
  1093.     infinity, this probability approaches zero.  In other
  1094.     words, it is very rare for a large number NOT to have 3
  1095.     as one of its digits. In fact, it is very rare for a
  1096.     large number NOT to have any of the ten possible integers
  1097.     represented at least once.
  1098.  
  1099.  
  1100.  
  1101. [Aside,  N    %
  1102.     10    1  = (10 - 9)/1            times 100
  1103.     100    19 = (100 - 81)/100          times 100
  1104.     1000    27 = (1000 - 729)/1000          times 100
  1105.     10000    34 = (10000 - 6561)/10000    times 100        
  1106.             etc.                    ]    
  1107.  
  1108.     
  1109.         Kumar
  1110.         kumar@ug.cs.dal.ca    
  1111.  
  1112. ps:    I'll leave it as a small exercise to tie up the loose ends.
  1113.  
  1114.  
  1115. ==> pickover/pickover.04.p <==
  1116. Title: Cliff Puzzle 4: Time in a Bottle
  1117. From: cliff@watson.ibm.com
  1118.  
  1119. If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  1120. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  1121. about yourself.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of your response
  1122. in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  1123. is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  1124. in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  1125. Thanks, Cliff Pickover
  1126.  
  1127. * * *
  1128.  
  1129. Consider a chain of bottles (B) each connected to one another by a thin
  1130. tube. A marble is placed in bottle 1.
  1131. Each tube contains a one-way valve so marbles can only
  1132. go from left to right in the tubes which are symbolized with "-" marks:
  1133.  
  1134. 1   2   3   4
  1135. B - B - B - B -
  1136.  
  1137.  
  1138. The tubes are thin so it takes
  1139. 1 hour of constant random shaking to get the marble from B1 to B2.
  1140. Likewise for each bottle.
  1141.  
  1142. I have not fully described the bottle collection.  Each bottle
  1143. has a backward 1-way tube to bottle 1.  I've tried to diagram these
  1144. with "*" symbols.  Each time the marble enters bottle B(N) it has
  1145. a 50% probability of going back to bottle 1 via these tubes.
  1146.  
  1147.  
  1148. ****<********
  1149. *           *
  1150. ***<*****   *
  1151. *       *   *
  1152. * * *   *   *
  1153. 1   2   3   4
  1154. B - B - B - B -
  1155.  
  1156. Stop And Think
  1157.  
  1158. 1.  In how many hours will you expect to get the marble out of bottle 10
  1159. after placing the marble in bottle 1?
  1160.  
  1161. 2. Is there a general formula for the amount of time
  1162. required to get the ball out of bottle N into bottle N+1 given
  1163. a probability P of backwards motion (given as 50% in this problem)?
  1164.  
  1165. 3.  In how many hours will you expect to get the marble out of bottle 10
  1166. after placing the marble in bottle 1 given two backward tubes for each
  1167. bottle instead of one backward tube?
  1168.  
  1169. ==> pickover/pickover.04.s <==
  1170. -------------------------
  1171.  
  1172. Subject: Re: Cliff Puzzle 4 (SPOILER)
  1173. Newsgroups: rec.puzzles
  1174. References: <1992Sep15.205532.4172@watson.ibm.com>
  1175.  
  1176. In article <1992Sep15.205532.4172@watson.ibm.com>, Cliff writes:
  1177.  
  1178. > 1.  In how many hours will you expect to get the marble out of bottle 10
  1179. > after placing the marble in bottle 1?
  1180.  
  1181. The expected amount of time to go from state n-1 to n (state 11 is an
  1182. absorbing state) is
  1183.  
  1184. E(n-1,n) = 1 + E(1,n)/2 for 1<n<11;
  1185.  
  1186. also
  1187.  
  1188. E(n-1,n+1) = E(n-1,n) + E(n,n+1) for 1<n<11.
  1189.  
  1190. If n=2 then E(1,2) = 1 + E(1,2)/2 ==> E(1,2) = 2 (it should be clear
  1191. that no E is infinite for this problem).
  1192.  
  1193. E(2,3) = 1 + E(1,3)/2 = 1 + E(1,2)/2 + E(2,3)/2 ==> E(2,3)/2 = 2
  1194. ==> E(1,3) = 6.
  1195.  
  1196. I claim that in general E(1,n) = 2^n - 2 and E(n-1,n) = 2^(n-1).
  1197. Assume true for n, then E(n,n+1) = 1 + E(1,n+1)/2 = 1 + E(1,n)/2 +
  1198. E(n,n+1)/2 ==> E(n,n+1)/2 = 1 + E(1,n)/2 ==> E(n,n+1) = 2 + E(1,n)
  1199. ==> E(n,n+1) = 2 + 2^n - 2 = 2^n.  Furthermore E(1,n+1) = E(1,n) +
  1200. E(n,n+1) = 2^n - 2 + 2^n = 2^(n+1) - 2.  Therefore by induction the
  1201. result is established.
  1202.  
  1203. Now E(1,11) = E(1,10) + 1 (ball can't go back to bottle 1 after
  1204. leaving bottle 10) = 2^10 - 1.
  1205.  
  1206. > 2. Is there a general formula for the amount of time
  1207. > required to get the ball out of bottle N into bottle N+1 given
  1208. > a probability P of backwards motion (given as 50% in this problem)?
  1209.  
  1210. I'd have to check my work, but I get E(n,n+1) = q^n, where q = 1/(1-p).
  1211.  
  1212. > 3.  In how many hours will you expect to get the marble out of bottle 10
  1213. > after placing the marble in bottle 1 given two backward tubes for each
  1214. > bottle instead of one backward tube?
  1215.  
  1216. I get E(1,n) = (q^n - q)/(q-1), so E(1,11) = E(1,10) + 1 =
  1217. (3^10 - 3)/2 + 1.
  1218. -------------------------
  1219.  
  1220.  
  1221. In regards to your fourth problem, the following comments (marked
  1222. with a ">") should be added.  I thought the answer was quite surprising!
  1223. ---
  1224.  
  1225. The expected amount of time to go from state n-1 to n (state 11 is an
  1226. absorbing state) is
  1227.  
  1228. E(n-1,n) = 1 + E(1,n)/2 for 1<n<11
  1229.  
  1230. > since we expect it'll take an hour for the ball to leave bottle n-1,
  1231. > and it then has a probability of 1/2 of returning to the first bottle;
  1232.  
  1233. also
  1234.  
  1235. E(n-1,n+1) = E(n-1,n) + E(n,n+1) for 1<n<11
  1236.  
  1237. > since the only way of getting to state n+1 from n-1 is to first
  1238. > go from state n-1 to n, and then from n to n+1; the total expected
  1239. > time is the sum of the two.
  1240.  
  1241.  
  1242. ==> pickover/pickover.05.p <==
  1243. Title: Cliff Puzzle 5: Mystery Sequence
  1244. From: cliff@watson.ibm.com
  1245.  
  1246. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  1247. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  1248. about yourself so I can cite you appropriately if you provide unique
  1249. information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of your response in
  1250. addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it is
  1251. OK to describe your answer in any article or publication I may write in
  1252. the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  1253. Thanks, Cliff Pickover
  1254.  
  1255. * * *
  1256.  
  1257. What is the next term in the Mystery Sequence:
  1258.  
  1259. 22.45906, 17600.22, 0.34714E+12,
  1260.  
  1261.  
  1262. ==> pickover/pickover.05.s <==
  1263. -------------------------
  1264.  
  1265. Some serious roundoff error going on here, but...
  1266.  
  1267. The sequence 22.45906, 17600.22, 0.34714E+22 is clearly meant to be:
  1268.  
  1269. Pi^e, (Pi^e)^Pi, ((Pi^e)^Pi)^e,
  1270.  
  1271. so the next term should be (((Pi^e)^pi)^e)^pi = 1.80169E36.
  1272.  
  1273. Actually, it looks like you were using "pi" = 3.14159 and "e" = 2.71828, possibl
  1274. with other intermediate rounding off, so you may have been looking for something
  1275. more like 1.8011E36.
  1276.  
  1277. James
  1278. jlayland@grissom.jpl.nasa.gov
  1279. -------------------------
  1280.  
  1281. In article <+M_UUYZ8!@linac.fnal.gov> you write:
  1282. >cliff@watson.ibm.com (cliff) writes:
  1283. >>What is the next term in the Mystery Sequence:
  1284. >>
  1285. >>22.45906, 17600.22, 0.34714E+12,
  1286. >
  1287. >I disagree about the last couple of significant digits, but otherwise
  1288. >the series is pi^e, (pi^e)^pi, ((pi^e)^pi)^e, ... and the next term
  1289. >is about 1.8017E+36.
  1290. >_________________________________________________________
  1291. >Matt Crawford       crawdad@fncent.fnal.gov      Fermilab
  1292. >
  1293. >
  1294.  
  1295.  
  1296. Background:
  1297.  
  1298. I recognized the approximate value of the first term from figuring
  1299. out (during high school, about 20 years ago) the old question of
  1300. which is larger, e^pi or pi^e.  After that it was a mater of taking
  1301. ratios of logs of the terms.
  1302.  
  1303. _________________________________________________________
  1304. Matt Crawford       crawdad@fncent.fnal.gov      Fermilab
  1305.      BS 1978 Applied Math & Physics; PhD 1985 Physics
  1306. -------------------------
  1307.  
  1308. Before I go barking up a wrong tree, I notice that
  1309.  
  1310.      e
  1311.    Pi   = 22.45916
  1312.  
  1313. >22.45906, 17600.22, 0.34714E+12,
  1314. which seems suspiciously close to your first constant. Which should I assume?
  1315.  
  1316.    "Typo. It should read 22.45916",
  1317.    "Coincidence.",
  1318. or "No Comment -- no clues."
  1319.  
  1320.  ???
  1321.  
  1322.    /Alan Paeth
  1323. -------------------------
  1324.  
  1325. In article <1992Sep17.132745.21035@watson.ibm.com> you write:
  1326. >What is the next term in the Mystery Sequence:
  1327. >22.45906, 17600.22, 0.34714E+12,
  1328.  
  1329. As a one-time math major, I thought I recognized that telltale 22.45906 ...
  1330.  
  1331. The sequence continues with 1.8016851E+36
  1332.  
  1333. Steve
  1334. --
  1335. -- monson@diablo.amd.com -- (512) 462-4013
  1336.  __     | signature designed by | One thing about kneading that pizza dough by
  1337. (_      | (and ripped off from) | hand -- it sure gets your fingernails clean!
  1338. __)teve | Stephen Wayne Miller  |         Pizzaria Friend of Danny
  1339.  
  1340. ==> pickover/pickover.06.p <==
  1341. Title: Cliff Puzzle 6: Star Chambers
  1342. From: cliff@watson.ibm.com
  1343.  
  1344. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  1345. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  1346. about yourself so I can cite you appropriately if you provide unique
  1347. information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of your response in
  1348. addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it is
  1349. OK to describe your answer in any article or publication I may write in
  1350. the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  1351. Thanks, Cliff Pickover
  1352.  
  1353. * * *
  1354.  
  1355. As many of you probably know, 5-sided stars produced by drawing a
  1356. continuous line with your pencil can nest inside each other.  (One star
  1357. can sit inside the pentagon produced by the larger star.  Each of the
  1358. 5 points of the small star coincide with the 5 points of the
  1359. internal pentagon of the large star.)
  1360.  
  1361. Start with a five sided star formed with 5 line segments, each 1 inch
  1362. long.  Continually nest stars so that the assembly of stars gets bigger
  1363. and bigger.
  1364.  
  1365. Questions:
  1366. 1.  How many nestings N are required to make star N
  1367. have an edge-length equal to the diameter of the sun (4.5E9 feet)?
  1368.  
  1369. 2. How many nestings N are required to make the cumulative length
  1370. of lines of all the nested stars equal to the diameter of the sun?
  1371.  
  1372.  
  1373. ==> pickover/pickover.06.s <==
  1374. -------------------------
  1375.  
  1376. Cliff Pickover,
  1377.  
  1378. So here I am, waiting to see if one of my long Grobner basis
  1379. calculations is going to finish before the machine goes down.
  1380. This is a good time to read news, and I came across this trivial
  1381. problem in rec.games.puzzles.  I'm not sure why I'm responding,
  1382. perhaps the hour, or perhaps curiousity to see what will come
  1383. of this, but I could have done this the day in high school
  1384. when I learned how to compute cos(pi/5).  The ratio between
  1385. side lengths of successive pentagrams is  r = (3+sqrt(5))/2
  1386. = 1 + golden ratio = 2.618... .   The smallest  N  for which
  1387. r^N > 5.48e10 (slightly more accurate value for sun's diameter
  1388. in inches) is 26, with r^26 = 7.37e10.  The smallest  N  for which
  1389. 5[r^(N+1)-1]/(r-1) > 5.48e10 is 24, with 5(r^25 - 1)/(r-1) = 8.70e10.
  1390. This seems too trivial to post, but do with this response as you like.
  1391.  
  1392. Bob Holt
  1393.  
  1394. -------------------------
  1395.  
  1396.  
  1397.    I just started reading 'rec.puzzles', so have just seen this one and
  1398. the one before (#5)...  and to be honest I'm not sure why you put this one
  1399. out, since it is pretty straightforward.
  1400.  
  1401. >Start with a five sided star formed with 5 line segments, each 1 inch
  1402. >long.  Continually nest stars so that the assembly of stars gets bigger
  1403. >and bigger.
  1404.  
  1405.    The analytical (and general) answer to this problem comes from the
  1406. basic relationship of a "chord" of a regular pentagon, which is defined
  1407. as follows:
  1408.  
  1409.                _=*=_
  1410.             _=/ /   \=_
  1411.          _=/   |       \=_
  1412.       _=/      |          \=_
  1413.      *        /              *
  1414.      |       |  <-- "chord"  |
  1415.       \      |              /
  1416.        |    /              |
  1417.         \  |              /
  1418.          | /             |
  1419.           *-------------*
  1420.  
  1421. compared to the length of one of the sides is the golden ratio, i.e.
  1422.                   _
  1423.             1 + \/5
  1424.            ---------  .
  1425.                2
  1426.  
  1427.    It can then be derived that the length of the "chord" (i.e. segment
  1428. length) of the next bigger Star compared to the length of the "chord"
  1429. of its incribed Star is the square of the golden ratio, or the golden
  1430. ratio plus one, same thing.
  1431.  
  1432. >Questions:
  1433.  
  1434. >1.  How many nestings N are required to make star N
  1435. >have an edge-length equal to the diameter of the sun (4.5E9 feet)?
  1436.  
  1437.    Back-of-envelope calculations as follows:
  1438.  
  1439.     4.5E9 * 12 = total of 5.22E10 inches.
  1440.  
  1441.     ratio of Star sizes approx. 2.618.
  1442.  
  1443.    The best answer is 27 nested Stars, although it produces a Star with
  1444. a "chord" length of 7.366E10 inches, i.e. a bit bigger.  The first, and
  1445. smallest Star, is assumed to be the one with "chord" length of 1 inch.
  1446.  
  1447. >2. How many nestings N are required to make the cumulative length
  1448. >of lines of all the nested stars equal to the diameter of the sun?
  1449.  
  1450.    This is just the sum of a geometric sequence with the ratio being
  1451. the golden ratio squared (or the golden ratio plus one).
  1452.                                           _
  1453.                                   / 1 + \/5 \ 2
  1454.    So, S = 1 inch, and S = S     | --------- |
  1455.         0               n   n-1   \    2    /
  1456.  
  1457.    The sum is just the standard geometric summation, which I can't remember
  1458. offhand, but the contributing terms in the sum (other than the last term),
  1459. are less than one 1.6th of the total (by conincidence the inverse of the
  1460. golden ratio ;-).  This means that the 25th Star (term) is the determining
  1461. factor, and in this case is the answer with a total length of 8.694E10
  1462. inches amoung all of them, and 5.373E10 inches for just the sum of the
  1463. segments of the 25th Star (again, counting the first one as side length
  1464. of 1 inch, or sum of 5 inches).
  1465.  
  1466.    Well, that's it, I guess.  Sorry to be so exhaustive, but I like to
  1467. use analytical methods to be sure I have the right answer.
  1468.  
  1469.    My .signature explains most of what you need to know.  What I mean
  1470. by "Honorary Grad Student" is that I have been taking Grad math classes
  1471. since my sophomore year, and for all intensive purposes might as well
  1472. be one.  My Snail-mail address is 1521 S.W. 66th Ave., Portland, OR
  1473. 97225.  As to info about myself...  I love learning about things, and
  1474. mathematics and consequently computers tend to be a great focus.
  1475.  
  1476.    Anyway, if you have any more puzzles, pass them along...  I am still
  1477. pondering on that sequence (puzzle #5) that you posted.
  1478.  
  1479.    Thanks for your time.
  1480.  
  1481.    Erich
  1482. --
  1483.              "I haven't lost my mind; I know exactly where it is."
  1484.    / --  Erich Stefan Boleyn  -- \        --=> *Mad Genius wanna-be* <=--
  1485.   { Honorary Grad. Student (Math) } Internet E-mail: <erich@gemini.mth.pdx.edu>
  1486.    \  Portland State University  /       WARNING: INTERESTED AND EXCITABLE
  1487.  
  1488.