数学教育小故事 (之二) 向穷人施舍的规则

施舍的规则和社区成员财富的演化

在一个叫乌托锁的社区里,大家严格按照规则办事。社区里有土豪也有穷人。手里钱最多的人(即没有人比他钱更多)就是土豪,而钱最少的人(即没有人比他钱更少)就是穷人。按照规则,土豪要施舍给穷人。

现在乌托锁社区的人都到了,大家玩一个关于施舍的游戏。开始时所有人手里的钱都是1元的整倍数 (即没有角和分),而且全社区的财富(所有人手里的钱加起来)要超过1 元。游戏规则是:所有按规则认定为土豪的人要付给规则认定的穷人 1 元钱。这个过程将进行多轮:每轮付款结束后进入下一轮,直到下面两种情形之一发生:
(1)所有人口袋里的钱一样多(即均了贫富);这时没有土豪也没有穷人。
(2)游戏进入了循环,每个人发现他口袋里的钱回到了以前某一轮的数目;
游戏在这时宣告结束。

(有没有点象微信上的红包?当然,发红包没有严格的规则。)

在这个场景里,我们提几个有趣的问题。
问题1. 举例说明在有些情况下,游戏结束时可能有人欠债。
问题2. 如果社区有 n 个成员,那么社区总财富超过多少才能保证游戏结束时总没有人欠债呢?(社区里没有公共财富;总财富就是每个人手里的钱加起来。)
问题3. 假设 n=5 (即社区里有5个成员),如果玩这个游戏时结束在均贫富的状态(即最后每个人口袋里都有相同的钱),请列出游戏开始时所有可能的财富分配情况。

问题的原型是去年加拿大的公开数学挑战赛的一个问题。我们让叙述的方式有趣一点。
亲爱的读者,您想试试这个问题吗?我们会在以后公布答案。