33 滾動吧!彈珠…巴斯卡的秘密
相信大家都在電腦上玩過彈珠台遊戲,這種虛擬,完全由程式控制的電玩遊戲好玩又方 便。但真正玩過實體彈珠台遊戲的人可能逐漸稀少了。彈珠台的設計原理就是當彈珠滾 到叉路時,因為碰到尖點的關係,所以往左或向右走的機會是一樣的。在路邊玩過彈珠 台的人都會清楚,落在離中央越近砸道的彈珠最多。這樣的情形是那個數學原理導致的 呢?就讓我們以下面造型的彈珠台來解釋彈珠台的數學原理:
將十六顆彈珠從頂端投入彈珠台,落在每一砸道的彈珠數目,最合理的分配為何?
如下圖所示,16 顆彈珠從頂端投入彈珠台後,會有 8 顆往左,8 顆向右,所以第一層的 兩格以數字 8, 8 來呈現。接下來考慮第二層,左﹑右兩邊的 8 顆彈珠也是會有 4 顆往左,
4 顆向右,所以第二層的三格以數字 4, 8, 4 來呈現。同樣的道理,可以知道:第三層的 四格數字為 2, 6, 6, 2;最後一層的五格數字為 1, 4, 6, 4, 1:
細心的讀者是否觀察到,數列 1, 4, 6, 4, 1 是底下二項式展開式的係數:
4 4 3 2 2 3 4
(x y) x 4x y6x y 4xy y .
所以彈珠台的彈珠分佈是受到巴斯卡三角之係數的影響。下回在夜市玩彈珠台時,
記得用巴斯卡三角計算一下它的分佈。
最後,談一道烏龜遊戲,大烏龜生了一堆小烏龜,為了安全起見,大烏龜鑿了如彈珠台 路線的密道,小烏龜依序躲入密道裡。第一隻小烏龜走進密道後,碰到分歧路時都選擇 右邊的路線,接下來的小烏龜,在碰到分歧路時都選擇與上次走過這裡的小烏龜不同路 線的走法,而在沒有小烏龜走過的路口則選擇右邊的路線。例如,第 1 隻小烏龜會躲進 砸道 2 的密道,第 2 隻小烏龜會躲進砸道 1 的密道,…。試問:第 n 隻烏龜會躲進幾 號砸道的密道?