Методические указания "Решение задач на переливания" (стр. 1 из 5)
Методические указания "Решение задач на переЛИВАНИЯ"
В задачах на переливания требуется указать последовательность действий, при которой осуществляется требуемое переливание и выполнены все условия задачи. Если не сказано ничего другого, считается, что
- все сосуды без делений
- нельзя переливать жидкости "на глаз"
- невозможно ниоткуда добавлять жидкости и никуда сливать
Мы можем точно сказать, сколько жидкости в сосуде, только в следующих случаях.
1) знаем, что сосуд пуст,
2) знаем, что сосуд полон, а в задаче дана его вместимость,
3) в задаче дано, сколько жидкости в сосуде, а переливания с использованием этого сосуда не проводились
4) в переливании участвовали два сосуда, в каждом из которых известно, сколько было жидкости, и после переливания вся жидкость поместилась в один из них
5) в переливании участвовали два сосуда, в каждом из которых известно, сколько было жидкости, известна вместимость того сосуда, в который переливали, и известно, что вся жидкость в него не поместилась: мы можем найти, сколько ее осталось в другом сосуде
Примеры решения задач.
Задача 1. Имеются три сосуда вместимостью 8, 5 и 3 литра. Наибольший сосуд полон молока. Как разделить это молоко на две равные части, используя остальные сосуды?
Решение.
В таблице указан объем молока в литрах после каждого переливания.
| 8-литровый сосуд | 5-литровый сосуд | 3-литровый сосуд |
| 8 | 0 | 0 |
| 3 | 5 | 0 |
| 3 | 2 | 3 |
| 6 | 2 | 0 |
| 6 | 0 | 2 |
| 1 | 5 | 2 |
| 1 | 4 | 3 |
| 4 | 4 | 0 |
После переливания оказалось по 4 л молока в 8-литровом и 5-литровом сосудах, а это и требовалось.
Задача 2. В бочке не менее 10 л бензина. Как отлить из неё 6 л с помощью девятилитрового ведра и пятилитрового бидона?
Решение.
В таблице указан объем бензина в литрах после каждого переливания.
| бочка | ведро | бидон |
| не менее 10 | 0 | 0 |
| не менее 5 | 0 | 5 |
| не менее 5 | 5 | 0 |
| не менее 0 | 5 | 5 |
| не менее 0 | 9 | 1 |
| не менее 9 | 0 | 1 |
| не менее 9 | 1 | 0 |
| не менее 4 | 1 | 5 |
| не менее 4 | 6 | 0 |
Задача 3. Имеется три сосуда без делений объемами 4 л, 5 л, 6 л, кран с водой, раковина и 4 л сиропа в самом маленьком сосуде. Можно ли с помощью переливаний получить 8 л смеси воды с сиропом, так чтобы в каждом сосуде воды и сиропа было поровну?
Решение.
| 4-литровый сосуд | 5-литровый сосуд | 6-литровый сосуд |
| 4 л сиропа | 0 | 0 |
| 0 | 4 л сиропа | 0 |
| 4 л воды | 4 л сиропа | 0 |
| 0 | 4 л сиропа | 4 л воды |
| 4 л воды | 4 л сиропа | 4 л воды |
| 2 л воды | 4 л сиропа | 6 л воды |
| 2 л воды | 4 л сиропа | 0 |
| 2 л воды, 2 л сиропа | 2 л сиропа | 0 |
| 2 л воды, 2 л сиропа | 0 | 2 л сиропа |
| 0 | 2 л воды, 2 л сиропа | 2 л сиропа |
| 2 л сиропа | 2 л воды, 2 л сиропа | 0 |
| 2 л воды, 2 л сиропа | 2 л воды, 2 л сиропа | 0 |
Задача состоит в том, чтобы разделить 8 л воды, находящейся в 8 л ведре, пополам, т. е. по 4 л с помощью пустых дополнительных ведер - по 3 л и 5 л. [5]
Эта задача решается за 7 ходов. Сразу придумать это решение не так просто. Но можно переформулировать задачу и расширить ее границы сложности. Попробуем найти решение для получения и других количеств воды - 1 л, 2 л, :, 7 л. Мы увидим, что получение некоторых количеств (3 л, 5 л) находятся за одно действие, другие - за два, а деление по 4 л - окажется самой трудной задачей. Пусть количество переливаний - стоимость решения задачи, ее сложность. Таким образом, из исходной задачи, для заданных объемов сосудов мы получим восемь задач сложностью в 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 условных баллов.
Задавая различные объемы сосудов, различные требуемые количества жидкости, можно получить большой набор задач разного уровня сложности.
Приведем первый набор условий задач, которые дают возможность сформулировать порядка 100 задач на переливания. Здесь объемы всех сосудов конечны.
I. Задачи на деление некоторого количества жидкости с помощью двух дополнительных пустых сосудов за наименьшее число переливаний
Решение необходимо представить в виде таблицы переливаний
- Две группы альпинистов готовятся к восхождению. Для приготовления еды они используют примусы, которые заправляют бензином. В альплагере имеется 10-литровая канистра бензина. Имеются еще пустые сосуды в 7 и 2 литров. Как разлить бензин в два сосуда по 5 литров в каждом?
- Как разделить поровну между двумя семьями 12 литров хлебного кваса, находящегося в двенадцатилитровом сосуде, воспользовавшись для этого двумя пустыми сосудами: 8-литровым и 3-литровым? [1]
- У Карлсона есть ведро варенья, оно вмещает 7 литров. У него есть 2 пустых ведерка - 4-литровое и 3-литровое. Помогите Карлсону отлить 1 литр варенья к чаю в меньшее (3-литровое) ведерко, оставив 6 литров в большом (7-литровом) ведре.
- Летом Винни Пух сделал запас меда на зиму и решил разделить его пополам, чтобы съесть половину до Нового Года, а другую половину - после Нового года . Весь мед находится в ведре, которое вмещает 6 литров, у него есть 2 пустые банки - 5-литровая и 1-литровая. Может ли он разделить мед так, как задумал?
- На другой год Винни Пух запасся 10 литрами меда. Под руками у него два ведра - 7-литровое и 4-литровое. Как ему разделить мед пополам?
- (Пересыпашка) Разбойники раздобыли 10 унций (1 унция - примерно 30 см3) золотого песка. У них имеется две пустые коробки, емкостью 6 и 4 унции. Как им разделить песок пополам? Если на одно пересыпание требуется 1 минута, то сколько времени они будут делить свою добычу?
- Некто имеет полный бочонок сока емкостью 12 пинт (пинта - 0,57 литра) и хочет подарить половину своему другу. Но у него нет сосуда в 6 пинт, а есть два сосуда в 8 пинт и 5 пинт. Каким образом можно налить 6 пинт в сосуд емкостью 8 пинт? [1]
- Белоснежка ждет в гости гномов. Зима выдалась морозной и снежной, и Белоснежка не знает наверняка, сколько гномов решатся отправиться в далекое путешествие в гости, однако знает, что их будет не более 12. В ее хозяйстве есть кастрюлька на 12 чашек, она наполнена водой, и две пустых - на 9 чашек и на 5. Можно ли приготовить кофе для любого количества гостей, если угощать каждого одной чашкой напитка?
- Разрешима ли предыдущая задача, если в хозяйстве у Белоснежки имеются кастрюлька с водой на 12 чашек и пустые кастрюльки на 9 и 7 чашек?
- Для путешествия по морю необходим запас пресной воды. В плавании вода расходуется со скоростью 1 бочка в сутки. В некоторый момент времени запас воды на берегу составлял 8 бочек, и вода находилась в баке, заполненном до краев. На яхте имеется такой же бак, объемом 8 бочек, но пустой. На сколько дней можно планировать путешествие, если с собой нельзя брать лишнюю воду, а в распоряжении имеется еще две пустых емкости объемом 3 и 6 бочек и их можно использовать для переливания воды?
При решении задач на переливания (и пересыпания) удобно пользоваться методикой, изложенной в [2]. Суть ее заключается в представлении последовательности переливаний аналогично движению бильярдного шарика по столу особой конструкции с размерами, соответствующими объемам первоначально пустых сосудов. Нарисовав на клетчатой бумаге исходную конфигурацию, необходимо проследить возможные движения шарика в соответствии с законом "угол падения равен углу отражения" и попадание им в требуемые точки по условию задачи. Освоив ее, нетрудно получить решение задачи на переливания (пересыпания) для трех сосудов различного объема. Пример построения траектории "умного" шарика приведен для исходной Роботландской задачи [5].
Для задачи по делению 8 л по 4 л нас интересует одна точка на схеме: 4 л в сосуде Б и 0 л в сосуде В. В этот момент остальные 4 л - в сосуде А. Это точка на горизонтальной оси с координатой - 4 единицы. В эту точку можно попасть за 7 ходов, если начать переливания в 5 л ведро (начальное движение шарика по горизонтальной оси), и за 8 ходов, если начать переливания в 3 л ведро (начальное движение шарика по наклонной оси). Для итогового решения выбираем меньшее количество переливаний - 7.