一條線有多長?:生活中意想不到的116個數學謎題

這是我們的「生活中的數學謎題」系列書籍的第二本。我們也同樣根據本身興趣,廣泛採擷各類課題納入本書。我們選主題的最重要標準,是要能夠讓我們在酒吧樂此不疲,若有讀者熟讀這方面的書籍,那麼你就應該看過本書裡面的部分課題。不過,其他有些篇幅,好比電梯、計程車費和男士小便斗的算術運算,之前就幾乎都還沒有人公開發表過。
  
本書如同前一本《為什麼公車一次來3班?》也有部分篇幅很容易閱讀,不過有些內容就必須動點腦筋才能讀懂。這裡還說明,書中部分主題出現不只一次,機率、推理和模式都是書中的重點課題。事實上,如果這篇序一開始所提到的課程大綱果真存在,或許這本書就會變成附帶參考教材。不過,這本著作並不是教科書——這是本休閒讀物,也希望閱讀本書能為各位帶來樂趣。

老鼠如何害死四分之一的歐洲人?

經過了漫長的幾百年,當我們回憶起黑死病和鼠疫大流行所造成的悲劇時,仍讓人心有餘悸。註9這兩次大流行,可能是同一種細菌型傳染病,罪魁禍首就是大老鼠身上的跳蚤所攜帶的「鼠疫桿菌」(Yersinia pestis)。這種疾病的傳染性極強,只要出現少數帶原者,就會造成恐怖的大流行。

事實上,黑死病是由韃靼部隊帶入歐洲的,他們把受感染的屍體,投射進入熱那亞(Genoese,位義大利西北部)的一處交易站。要不是最後的結果那樣陰森恐怖,否則那種場景,簡直荒誕得就像搞笑劇的演出。在當時的歐洲,約有四分之一的人口死於恐怖的黑死病。至今,鼠疫仍然存在,幸好在上個世紀,醫藥和衛生方面有長足進展,鼠疫對人類的影響,已經大幅減輕。

有關鼠疫或是其他傳染病的控制方面,還有一項重要因素,那就是「流行病學」(epidemiology)的進展,這門學問主要是以數字為核心,探究流行病的分布起因及控制疫情的方式。時至今日,在愛滋病、口蹄疫、牛海綿狀腦病(BSE)註10和生物戰等等傳染病氾濫的時代,流行病學比起過去,更加受到重視了。

八卦新聞為什麼散佈那麼快?

不只有疾病會在人與人之間傳遞,八卦新聞和謠言可以看做是另一種現代傳染病,現在就讓我們深入新聞傳播的世界。

假定你聽到八卦新聞的片段消息。你知道把這種消息告訴太多人並不厚道,於是你只向幾位熟朋友透露。你說:「不要跟別人講。」他們答應:「當然不會。」然而,他們自然也不會完全守密。於是他們也把祕密洩露給幾位知交,大家也鄭重同意會閉口不提。那幾位知交也依樣畫葫蘆,於是就這樣下去,每多透露一次,都會引出其他「少數幾位」。為方便討論,這裡就假定新聞是在上午八點爆發,而所有人都是在半個小時之內分別傳出消息。當天晚上八點之時,你猜會有多少人知道這個消息?

上午8 : 00 只有你知道那個消息

上午8 : 30 你和兩位朋友知道(1+2)

上午9 : 00 你、你的兩位朋友,和他們的朋友知道(1+2+4)

上午9 : 30 已經有另外八人加入行列⋯⋯

到了晚上八點鐘時,已經經歷了二十四次的半個小時,而每半個小時,聽到八卦的人數會依規律加倍。因此晚上八點鐘知道八卦的人,就有下面這麼多了!

有多少人已經知道「我們的小祕密」?或許你會猜想:「大約有幾千人吧!」

但事實上,狀況比你所猜想的要糟糕!我們先假設每次透露的對象都沒有聽過這個八卦,那麼到了晚上八點,就有33,554,431人聽到這個消息,這個數目約略已等於半數的英國人口。

這種驚人提高速率就稱為「指數增長」(exponential growth),它同時也違背大多數人對數字計量的感覺。指數運算所求出的數值,對於從單一來源聽到消息的人數反應也非常敏銳,我們就把這個人數叫做「擴散因子」(spread factor)。以前述的八卦新聞擴散為例,假使每個人都相當慎重地只告訴另外兩個人,擴散因子就等於2。如果他們改為只另外告訴三個人(這還算是相當謹慎),那麼到了下午六點鐘,就會有五十二億人聽到消息,差不多就相當於全球人口總數——雖然從頭到尾,你只跟三個人講過那則八卦!

不過,就算謠言向新的對象散佈,最後也不見得所有人都會聽到。知悉八卦內情的人數要提高,擴散因子就必須大於1,也就是說,每人都要透露給不只一個人。如果每個聽到消息的人,都只轉達給另一個人知道,那麼到了晚上八點,就只會有二十四個人聽到消息,在這種狀況下,散佈速率就很穩定,也沒有什麼可觀的。

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