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春晚魔术是道数学题?原来刘谦是这么变的
新湖南 • 动态
2024-02-11 20:01:11

总台龙年春晚的参与感

让屏幕前的很多人感到兴奋
准备4张扑克牌,一起见证奇迹!
刘谦的扑克牌魔术

你跟着学了吗?

9日晚间,全网网友

一起撕扑克牌

春晚现场,撒贝宁的“现挂”
让全国网友都知道了
“小尼的扑克牌没对上”
你的扑克牌对上了吗?

说归说、笑归笑

这个扑克牌魔术究竟有怎样的奥秘?


北京大学数学科学学院

2021级本科生刘明昊、李新宇、殷子萦

2022级本科生王秭如、黄天铭、王美潭

2023级本科生潘浩翔、王伟圣

从数学的角度出发

带大家感受这一魔术的魅力


 魔 术 步 骤 

首先,准备4张扑克牌

跟随魔术步骤

来一起“见证奇迹”







步骤 1





将准备好的4张扑克牌

平均撕成两份

并叠在一起





步骤 2





将牌堆顶数量为

【名字字数】的

移至牌堆底





步骤 3





将前三张牌放在牌堆中间

并取出牌堆顶的牌

放置在一旁





步骤 4





取出牌堆顶的若干张牌

插入牌堆中间

此处选择的牌数为

南方人取1张,北方人取2张

若不确定是南方人还是北方人取3张





步骤 5





男生扔掉牌堆顶1张

女生扔掉牌堆顶2张





步骤 6





执行“见证奇迹的时刻”循环

每说一个字

就取出牌堆顶一张牌放置在牌堆底





步骤 7





👇执行如下操作👇

从牌堆顶开始

每次先将牌堆顶的一张牌放在牌堆底

再扔掉牌堆顶的一张牌

重复以上操作直到只剩一张牌

检查此牌和放置在一旁的牌是否吻合

若吻合,则魔术成功




 魔 术 揭 秘 

怎么样,你的扑克牌对上了吗?

下面,我们将按照步骤顺序

一步步为你揭秘背后的逻辑



步骤一

我们令选择的四张扑克牌分别为1234,将他们分别撕开后,产生了标号分别为1234的两套(半张)扑克牌,叠在一起后形成了从上至下标号分别为12341234的扑克牌堆。

步骤二

此时我们可以注意到,无论我们将牌堆顶的多少张牌移到堆底,得到的扑克牌堆编号(从上至下)都只会有以下几种结果:

12341234(名字字数被四整除)

23412341(名字字数模四余一)

34123412(名字字数模四余二)

41234123(名字字数模四余三)

观察以上可能的牌堆,我们可以发现产生的牌堆都具有以下性质:

1. 前四张牌和后四张牌的顺序完全一样

2. 前四张牌和后四张牌分别是1234的一个轮换

步骤三

从这一步开始,我们只考虑当前牌堆中排在第四及第八的两张牌,记为X,其他牌记为0。那么根据上一步的讨论,可以得到当前的牌堆形如:

000X000X

将前三张放在牌堆中间后,无论这三张放在什么位置,最终产生的牌堆都将是:

X000000X

于是乎,被选择的用于配对的牌就将是X,而另一张与之配对的牌(称为目标牌)将位于牌堆底。

步骤四

在上一步之后,牌堆的编号为000000X,于是,无论本轮中选择牌堆顶多少张牌插入牌堆中,都不会影响目标牌的位置,仍然处于牌堆底部。

步骤五

此时男生的牌堆为:00000X

女生的牌堆为:0000X

步骤六

通过尝试可知,在经过步骤六后将得到如下的牌堆:

男生0000X0

女生00X00

步骤七


通过上述揭秘

相信大家不难看出

这个魔术的背后

其实是一个数学上的问题

它被称为约瑟夫问题


约瑟夫问题


设有编号为1,2,......,n的n个人围成一个圈,从第1个人开始报数,报到m时停止报数,报m的人出圈。再从他的下一个人起重新报数,报到m时停止报数,报m的出圈......按照这个规则进行下来,直到所有人全部出圈为止。求最后留下来的人编号。

为了使问题简化,我们考虑n个人编号为0 ~ n-1的情况,每 m 个人退出一个人,我们称之为(n, m)问题。
第一个人(即编号为在模n下同余m的人)退出之后,对剩下的 n-1 个人重新编号,则新问题的k号在原问题中对应 k+m 号。因此(n, m)问题的解 J (n, m) = J (n-1, m)+m 且 J (1, m) = 1(模n意义下)。据此,通过递推的方法可以得到 J (n, m)。
在实践中,约瑟夫问题一般用代码进行求解。刘谦的魔术中使用的便是 m=2 的特殊情况。


 惊 喜 彩 蛋 
主持人尼格买提·热合曼
为什么对牌失败

一起来看背后的原因

根据上面的证明过程,我们不难发现:在步骤3与步骤4中,如果操作正确,每位主持人手中最底部的一张牌没有变化,而这恰好是步骤7后留下的一张牌。

然而,在进行步骤4时,注意尼格买提的手上动作:

镜头捕捉到,插牌过程中,原本位于底部的牌面花纹被另一张牌覆盖,也就是说,尼格买提并未按要求将两张牌放入中间位置,从而导致扑克牌最终匹配失败。


这下

懂了吧?

(不懂也没事儿,大过年的,想咋过咋过)


责编:余蓉

一审:余蓉

二审:段涵敏

三审:杨又华

来源:北京大学