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單堆遊戲

玩法三:

        置若干火柴(或小石子)於桌上,兩人輪流取,每人每次只可取14根火柴,取得最後一根火柴者獲勝。假設桌上有n根火柴,甲、乙兩人輪流取,致勝關鍵為何?

 

分析:

        由之前的經驗,我們知道,若甲取完之後留下5, 10, 15…等5的倍數根火柴,則甲可勝。若甲取完之後留下5的倍數根火柴,不論乙取1根或4根,甲都可以取成仍然剩下5的倍數根火柴;最後,剩5根火柴時,乙無法一次取完,而且不論乙取1根或4根,甲都可以一次取完剩下的部分。除此之外,當甲留下7, 12, 17…等5的倍數加2根火柴時,也可以取得勝利。因為不論乙取多少,甲都能夠用同樣的技巧使火柴維持在5的倍數加2根,最後就剩2根火柴,那時乙只能取1,甲便取得最後一根火柴。因此,若一開始的火柴數為5n + 1, 5n + 3, 5n + 4時,則甲可勝;若一開始的火柴數為 5n, 5n + 2時,則乙可勝。

        為了講解方便,這裡引進兩個術語:「安全殘局」與「不安全殘局」(哈佛大學數學系副教授查理士.理昂納德.包頓Chales Leonard Bouton提出)。以玩法三的狀況來說:火柴數為「5的倍數」與「5的倍數加2」是所謂的「安全殘局」,面對一個安全殘局,而對手又是專家則是必輸的局面。火柴數不為「5的倍數」與「5的倍數加2」是所謂的「不安全殘局」。玩法三中,若開局時是不安全殘局(非「5的倍數」亦非「5的倍數加2」的情形),先取者就能夠讓它變成安全殘局(「5的倍數」與「5的倍數加2」),使得後取者無論怎麼取都會留下一個不安全殘局。先取者必定會拿到最後一根火柴,贏得勝利。

 

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