home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Sunny 1,000 Collection / SUNNY1000.iso / Files / Dos / Boardak / INETPUZ.ZIP / PICKOVER.TXT < prev    next >
Text File  |  1995-02-05  |  163KB  |  4,201 lines

  1. Archive-name: puzzles/archive/pickover
  2. Last-modified: 17 Aug 1993
  3. Version: 4
  4.  
  5.  
  6. ==> pickover/pickover.01.p <==
  7. ~Title: Cliff Puzzle 1: Can you beat the numbers game?
  8. ~From: cliff@watson.ibm.com
  9.  
  10. If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  11. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  12. about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  13. in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  14. is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  15. in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  16. Thanks, Cliff Pickover
  17.  
  18. * * *
  19. At a recent trip to the Ontario Science Center in Toronto, Canada I came
  20. across an interesting puzzle.  The center is located minutes from
  21. downtown Toronto and it's a vast playground of science with hundreds of
  22. exhibits inviting you to touch, try, test, and titillate your curiosity.
  23. The puzzle I saw there can be stated as follows.  In the 10 boxes below,
  24. write a 10-digit number.  The digit in the first box indicates the total
  25. number of zeros in the entire number.  The box marked "1" indicates the
  26. total number of 1's in the number.  The box marked "2" indicates the
  27. total number of 2's in the number, and so on.  For example, the "3" in
  28. the box labeled "0" would indicate that there must be exactly three 0's
  29. in the 10-digit number.
  30.  
  31. -------------------------------
  32. | 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8| 9|
  33. | 3|  |  |  |  |  |  |  |  |  |
  34. -------------------------------
  35.  
  36.  
  37. Stop And Think
  38.  
  39. 1. Is there a solution to this problem?  Are there many solutions to this
  40. problem?
  41.  
  42. 2. A more advanced an interesting problem is to continue to
  43. generate a sequence in a recursive fashion such that each row becomes
  44. the sequence for the previous.  For example, start with the usual
  45. 0 through 9 digits in row 1:
  46.  
  47. Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  48.  
  49. Assume Row 2 is your solution to the puzzle.  I've just inserted random
  50. digits below so as not to give away the solution:
  51.  
  52.  
  53. Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9   S(1)
  54. Row 2: 9 3 2 3 3 1 6 7 8 9   S(2)
  55. Row 3:                       S(3)
  56.  
  57. Row 2 is now the starting point, and your next job is to form row 3, row 4,
  58. etc. using the same rules.  In the previous example, a digit in the
  59. first box would indicate how many 9's there are in the next 10-digit number,
  60. and so forth.
  61.  
  62. Contest: I am looking for the longest sequence of numbers users can come
  63. up with using these rules.  Can you find a Row 2 or Row 3?
  64. Is it even possible to generate a "row 2" or "row 3"?
  65.  
  66.  
  67. ==> pickover/pickover.01.s <==
  68. 1) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  69. 2) 6 2 1 0 0 0 1 0 0 0
  70. 3) 0 0 0 4 4 4 0 4 4 4
  71. 4) 6 6 6 0 0 0 6 0 0 0
  72. 5) 0 0 0 4 4 4 0 4 4 4
  73.            .
  74.            .
  75.            .
  76.  
  77. and so on, repeating rows 3 and 4.
  78. I don't know yet whether there are multiple solutions, but
  79. I'll keep looking.
  80.  
  81. Mark Hayes
  82. Goddard Space Flight Center (GSFC) / Interferometrics, Inc.
  83. mwh@gemini.gsfc.nasa.gov
  84.  
  85. GSFC Code 926.9
  86. Greenbelt, MD 20771
  87.  
  88. -------------------------
  89.  
  90.  
  91. In article <1992Sep14.133741.34561@watson.ibm.com>, you write:
  92. |> The puzzle I saw there can be stated as follows.  In the 10 boxes below,
  93. |> write a 10-digit number.  The digit in the first box indicates the total
  94. |> number of zeros in the entire number.  The box marked "1" indicates the
  95. |> total number of 1's in the number.  The box marked "2" indicates the
  96. |> total number of 2's in the number, and so on.  For example, the "3" in
  97. |> the box labeled "0" would indicate that there must be exactly three 0's
  98. |> in the 10-digit number.
  99. |>
  100. |> -------------------------------
  101. |> | 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8| 9|
  102. |> | 3|  |  |  |  |  |  |  |  |  |
  103. |> -------------------------------
  104. |>
  105. |>
  106. |> Stop And Think
  107. |>
  108. |> 1. Is there a solution to this problem?  Are there many solutions to this
  109. |> problem?
  110.  
  111. This is an old puzzle, but I'll solve it as if it was new because I
  112. find your extension below to be interesting.
  113. Since all possible digits must be "counted" once, the ten digits must
  114. add up to 10.  Consider the first digit (= the amount of zeroes used):
  115.  
  116. 9: Impossible, since all the other digits would have to be zero.
  117. 8: Also impossible, since we must mark a 1 under the 8, and the other
  118.    digits then must be zeroes.
  119. 7: We must mark a 1 under the 7, and we have one more non-zero digit
  120.    to assign.  We've used a 1, so we must put a non-zero digit under the 1.
  121.    However, if we put a 1 there, it's wrong because we've used two ones,
  122.    and if we put a two that's also wrong.  So 7 zeroes doesn't work.
  123. 6: Begin as before, putting a 1 under the 6.  Now we must mark under the 1,
  124.    but putting a 1 is wrong, so put a 2.  Now we have one non-zero digit
  125.    left to assign, and marking a 1 under the two works.  6210001000 works.
  126. 5: Now we take a different approach to analyze this.  If there are only
  127.    five zeroes, then there are five non-zeroes, one of which is the 5 we
  128.    marked under the zero.  Obviously a 1 must be marked under the 5 and
  129.    zeroes under 6-9, so we have 5----10000, where the dashes contain one
  130.    zero and three other numbers, which must add up to four (since all
  131.    ten digits must add up to ten) - so we have two ones and a two.  But then
  132.    the digits we have are described by 5310010000, which is not the set of
  133.    digits we have, so there is no solution.  Similar proofs show that there
  134.    cannot be 4,3,2, or 1 zero.
  135. 0: Impossible, since you would have to use a zero to indicate you didn't have
  136.    a zero.
  137.  
  138. |> 2. A more advanced an interesting problem is to continue to
  139. |> generate a sequence in a recursive fashion such that each row becomes
  140. |> the sequence for the previous.  For example, start with the usual
  141. |> 0 through 9 digits in row 1:
  142. |>
  143. |> Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  144. |>
  145. |> Assume Row 2 is your solution to the puzzle.  I've just inserted random
  146. |> digits below so as not to give away the solution:
  147. |>
  148. |>
  149. |> Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9   S(1)
  150. |> Row 2: 9 3 2 3 3 1 6 7 8 9   S(2)
  151. |> Row 3:                       S(3)
  152. |>
  153. |> Row 2 is now the starting point, and your next job is to form row 3, row 4,
  154. |> etc. using the same rules.  In the previous example, a digit in the
  155. |> first box would indicate how many 9's there are in the next 10-digit number,
  156. |> and so forth.
  157. |>
  158. |> Contest: I am looking for the longest sequence of numbers users can come
  159. |> up with using these rules.  Can you find a Row 2 or Row 3?
  160. |> Is it even possible to generate a "row 2" or "row 3"?
  161.  
  162. Well, first off, our handy rule about all the digits adding up to ten no
  163. longer applies.  Let's see if we can find an answer:
  164.  
  165. Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  166. Row 2: 6 2 1 0 0 0 1 0 0 0
  167. Row 3: ?
  168.  
  169. All the same digits must be placed under all the zeroes in row 2, or some
  170. of them would be wrong, and this digit cannot be larger than 4 since six
  171. non-zeroes are used under the zeroes in row 2.  So, consider the cases:
  172.  
  173. 4: If we put 4's under all the zeroes, we must put zeroes everywhere else.
  174.    0004440444 works.
  175. 3: Now we must place one non-zero digit under either the 6 or the 2, since
  176.    there are two 1's that must stay alike.  Putting any non-zero digit under
  177.    the 6 is wrong since there aren't any sixes, unless you put a 6 under
  178.    the 6, which is still wrong.  Similarly no digit works under the two.
  179. 2: Now we must put a non-zero digit under the 2, since we already used 6 of
  180.    them.  We must also have two zeroes, which can only go under the ones.
  181.    This gives us --02220222.  However, we must put a non-zero under the 6,
  182.    and we can't put a one, since we must have zeroes under the ones.  Any
  183.    number greater than one is wrong, because we don't have that many 6's.
  184. 1: OK, we start with ---111-111, and one of the -'s must be a zero.  This
  185.    zero must go under the 2 or the 6, because the ones must be alike (and
  186.    we've already used some ones).  Suppose we put 6's under the ones, and
  187.    don't use any more ones.  Then we need a 2 under the 6, and we need
  188.    a one under the 2, which breaks what we did before.  So, instead put
  189.    7's under the ones.  Now we must put a 1 and a 0 in the other two spots,
  190.    but either arrangement is wrong.  We can't put a higher number under the
  191.    ones because there aren't enough spaces left, so there is no solution
  192.    with 1 zero.
  193. 0: Self-contradiction, as in the original problem.
  194.  
  195. So now we have a unique third row.  Can we make a fourth?
  196.  
  197. Row 1: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  198. Row 2: 6 2 1 0 0 0 1 0 0 0
  199. Row 3: 0 0 0 4 4 4 0 4 4 4
  200.  
  201. Now there can only be two different digits used in the next number.  Consider
  202. the possibilities:
  203.  
  204. No zero is used: We need to mark this by putting zeroes under the zeroes
  205.    Self-contradiction.
  206. Some zeroes are used:  They can't go under the zeroes, so put zeroes under
  207.    the fours.  Now six zeroes are used, so put 6's under the zeroes.
  208.    6660006000 works.
  209.  
  210. The same logic used to find row four shows that row five must be 0004440444
  211. again, and we get into an infinite cycle alternating between these two.
  212.  
  213.  
  214. --
  215. ----w-w--------------Joseph  De Vincentis--jwd2@owlnet.rice.edu----------------
  216.    ( ^ )   Disclaimer: My opinions do not represent those of Owlnet.
  217.    (O O)   Owlnet: George R. Brown School of Engineering Educational Network.
  218.     v-v    (Unauthorized use is prohibited.)  (Being uwop-ap!sdn is allowed.)
  219.            Snail mail: Rice U., 6100 S. Main, Houston TX 77005.
  220. -------------------------
  221.  
  222. In rec.puzzles you write:
  223.  
  224. >Title: Cliff Puzzle 1: Can you beat the numbers game?
  225. >From: cliff@watson.ibm.com
  226.  
  227. [...]
  228. >1. Is there a solution to this problem?  Are there many solutions to this
  229. >problem?
  230.  
  231. Yes.  No.
  232.  
  233.  
  234. >2. A more advanced an interesting problem is to continue to
  235. >generate a sequence in a recursive fashion such that each row becomes
  236. >the sequence for the previous.  For example, start with the usual
  237. >0 through 9 digits in row 1:
  238.  
  239. [...]
  240.  
  241. >Contest: I am looking for the longest sequence of numbers users can come
  242. >up with using these rules.  Can you find a Row 2 or Row 3?
  243. >Is it even possible to generate a "row 2" or "row 3"?
  244.  
  245. My program produces the following output:
  246.         0123456789
  247.         6210001000
  248.         no solutions found
  249.  
  250. So I believe that the result for row 2 is unique and that there is no
  251. result for row 3.
  252.  
  253. [ I am including the program at the end of this message just for your interest 
  254. ]
  255.  
  256.  
  257.  
  258. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  259. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  260. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  261. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  262. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  263. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  264. >Thanks, Cliff Pickover
  265.  
  266. The name, address etc should appear in my signature.  As for myself,
  267. I'm a PhD student due to finish much too shortly who likes solving
  268. puzzles.
  269.  
  270.  
  271.  
  272.  
  273.  
  274.  
  275.                                                         Pauli
  276.  
  277. Paul Dale                       | grue@cs.uq.oz.au
  278. Department of Computer Science  | +61 7 365 2445
  279. University of Queensland        |
  280. Australia, 4072                 | Did you know that there are 41 two letter
  281.                                 |     words containing the letter 'a'?
  282.  
  283. The program I used follows:
  284. --------------------------------------8<------------------------------
  285. #include <stdio.h>
  286. #include <stdlib.h>
  287.  
  288. #define START(in) for(in=0;in<9;in++) {                 \
  289.                         if(sum+in > 10)                 \
  290.                                 break;                  \
  291.                         else                            \
  292.                                 sum = sum+in;           \
  293.                         counts[digits[in]]++;
  294.  
  295. #define STOP(in)        counts[digits[in]]--;           \
  296.                         sum -= in;                      \
  297.                   }
  298.  
  299. main() {
  300. short counts[10];
  301. short i, sum;
  302. short i0,i1,i2,i3,i4,i5,i6,i7,i8,i9;
  303. static short digits[10] = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
  304. short solns[10][100];
  305. short solcnt=0;
  306.  
  307.         printf("0123456789\n");
  308.  
  309. again:
  310.         for(i=0;i<10;i++) counts[i]=0;
  311.         sum = 0;
  312.         START(i0)
  313.           START(i1)
  314.             START(i2)
  315.               START(i3)
  316.                 START(i4)
  317.                   START(i5)
  318.                     START(i6)
  319.                       START(i7)
  320.                         START(i8)
  321.                           START(i9)
  322. if(counts[0]==digits[i0] && counts[1]==digits[i1] && counts[2]==digits[i2] &&
  323.                         counts[3]==digits[i3] && counts[4]==digits[i4] &&
  324.                         counts[5]==digits[i5] && counts[6]==digits[i6] &&
  325.                         counts[7]==digits[i7] && counts[8]==digits[i8] &&
  326.                         counts[9]==digits[i9]) {
  327.                 printf("%d%d%d%d%d%d%d%d%d%d\n", i0,i1,i2,i3,i4,i5,
  328.                         i6,i7,i8,i9);
  329.                 for(i=0;i<10;i++)
  330.                         solns[0][solcnt] = i0;
  331.                         solns[1][solcnt] = i1;
  332.                         solns[2][solcnt] = i2;
  333.                         solns[3][solcnt] = i3;
  334.                         solns[4][solcnt] = i4;
  335.                         solns[5][solcnt] = i5;
  336.                         solns[6][solcnt] = i6;
  337.                         solns[7][solcnt] = i7;
  338.                         solns[8][solcnt] = i8;
  339.                         solns[9][solcnt] = i9;
  340.                         solcnt++;
  341.                 }
  342.                           STOP(i9)
  343.                         STOP(i8)
  344.                       STOP(i7)
  345.                     STOP(i6)
  346.                   STOP(i5)
  347.                 STOP(i4)
  348.               STOP(i3)
  349.             STOP(i2)
  350.           STOP(i1)
  351.         STOP(i0)
  352.         if(solcnt == 0) {
  353.                 printf("no solutions found\n");
  354.         } else if(solcnt == 1) {
  355.                 for(i=0;i<10;i++)
  356.                         digits[i] = solns[i][0];
  357.                 solcnt = 0;
  358.                 goto again;
  359.         } else
  360.                 printf("multiple solutions found\n");
  361. }
  362. --------------------------------------8<------------------------------
  363.  
  364. -------------------------
  365.  
  366. In article <1992Sep14.133741.34561@watson.ibm.com> you write:
  367. >Title: Cliff Puzzle 1: Can you beat the numbers game?
  368. >From: cliff@watson.ibm.com
  369. >
  370. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  371. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  372. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  373. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  374. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  375. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  376. >Thanks, Cliff Pickover
  377. >
  378. >* * *
  379. >At a recent trip to the Ontario Science Center in Toronto, Canada I came
  380. >across an interesting puzzle.  The center is located minutes from
  381. >downtown Toronto and it's a vast playground of science with hundreds of
  382. >exhibits inviting you to touch, try, test, and titillate your curiosity.
  383. >The puzzle I saw there can be stated as follows.  In the 10 boxes below,
  384. >write a 10-digit number.  The digit in the first box indicates the total
  385. >number of zeros in the entire number.  The box marked "1" indicates the
  386. >total number of 1's in the number.  The box marked "2" indicates the
  387. >total number of 2's in the number, and so on.  For example, the "3" in
  388. >the box labeled "0" would indicate that there must be exactly three 0's
  389. >in the 10-digit number.
  390. >
  391. >-------------------------------
  392. >| 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8| 9|
  393. >| 3|  |  |  |  |  |  |  |  |  |
  394. >-------------------------------
  395. >
  396. >
  397. >Stop And Think
  398. >
  399. >1. Is there a solution to this problem?  Are there many solutions to this
  400. >problem?
  401.  
  402. A. Since there are ten digits in the number, the sum of the digits in the botto
  403. m
  404. row must be 10.
  405.  
  406. B. If x appears under y there must be x appearences of y, hence x*y<10
  407. So, the MAXIMUM that can appear under each number is:
  408. ---------------------
  409. |0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|
  410. |9|9|4|3|2|1|1|1|1|1| max
  411. ---------------------
  412.  
  413. C. In fact, under the numbers 5..9 there can be AT MOST one non-zero (1) answer
  414. since otherwise two numbers of the 5..9 veriaty would appear and violate rule A
  415. .
  416.  
  417. D. So there must be at least 4 zeros. If there were exactly 4 zeros, then the
  418. numbers 1..4 will all have under them non-zeros (as the zeros are used up for
  419. the 5..9 group). There is also at least one number that is 5 or greater. Well,
  420. there is a 5 (or more), a 4 (under zero), a 1 (under the 5..9 category) and
  421. something above zero under the other 1..4 digits for a total above 10. This
  422. violates rule A.
  423.  
  424. E. So there must be at least 5 zeros. So a (exactly one) number that is at
  425. least 5 has a 1 under it. (since under zero would appear a >=5 number).
  426.  
  427. F. Under 1 there must be at least 1 since the solution has at least one 1 (the
  428. one under a 5..9 number). However it could not be exactly 1 as then there would
  429. be 2 (or more) 1's in the solution.
  430.  
  431. G. If there were 3 or more ones, then they must be under 2..9 . But then there
  432. would be a 5 (or more) under zero + a 3 (or more) under one + a 1 under three
  433. (or more) other places for a total above 10.
  434.  
  435. H. So there must be at exactly 2 ones in the solution. And hence, at least 1
  436. under two.
  437.  
  438. We can summerize:
  439.  
  440. ---------------------
  441. |0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|
  442. |5|2|1|0|0|----1----| min
  443. |6|2|2|1|1|----1----| max
  444. ---------------------
  445. where the maximum under each digit is 10 - SUM(minimum of all others)
  446.  
  447. I. Since no 3 or 4 is now possible, those two numbers must have a zero under
  448. them.
  449.  
  450. J. So there are six zeros. Hence:
  451. ---------------------
  452. |0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|
  453. |6|2|1|0|0|0|1|0|0|0| min
  454. |6|2|2|0|0|0|1|0|0|0| max
  455. ---------------------
  456.  
  457. K. Notice that "min" is a solution, while "max" is not. Hence, "min is the
  458. *ONLY* solution!
  459.  
  460.  
  461. My name is Dan Shoham. This is the only fact about me I care to make public.
  462. You are free to attribute it, but provide me a note when you do so.
  463.  
  464. shoham@ll.mit.edu
  465. -------------------------
  466.  
  467. >From clong@romulus.rutgers.edu (Chris Long) Tue Sep 15 06:08:45 1992
  468. Path: igor.rutgers.edu!romulus.rutgers.edu!clong
  469. ~From: clong@romulus.rutgers.edu (Chris Long)
  470. ~Newsgroups: rec.puzzles
  471. ~Subject: Re: Puzzle 1 (SPOILER)
  472. Message-ID: <Sep.15.06.08.45.1992.9569@romulus.rutgers.edu>
  473. ~Date: 15 Sep 92 10:08:45 GMT
  474. ~References: <1992Sep14.133741.34561@watson.ibm.com> <1992Sep15.052438.12478@qu
  475. estrel.com>
  476. Organization: Rutgers Univ., New Brunswick, N.J.
  477. ~Lines: 62
  478.  
  479. In article <1992Sep15.052438.12478@questrel.com>, Chris Cole writes:
  480.  
  481. Chris, don't forget to include my name on my solutions in the FAQ,
  482. please.  My old article should be replaced with the following in the
  483. FAQ, anyway:
  484.  
  485. --Cut here--
  486. Solution prepared by Chris Long.
  487.  
  488. Unfortunately, this isn't completely new, since I believe a similar
  489. puzzle I posted and answered are in the FAQ.  However, it *is* different
  490. enough to be interesting.
  491.  
  492. In article <1992Mar3.164702.428@hls.com>, ravi@hls.com writes:
  493.  
  494. > Here's a small number puzzle :
  495.  
  496. >       Generate numbers such that the each digit in the number specifies
  497. > the number of the occurences of the position of the digit ( postions starting
  498. > with 0 from the left ). Example
  499.  
  500. >       The number 1210
  501. ...
  502.  
  503. My guess is only:
  504.  
  505. 1210
  506. 21200
  507.  
  508. 3211000
  509. 42101000
  510. 521001000
  511. 6210001000
  512.  
  513. No 1, 2, or 3 digit numbers are possible.  Letting x_i be the ith
  514. digit, starting with 0, we see that (1) x_0 + ... + x_n = n+1 and
  515. (2) 0*x_0 + ... + n*x_n = n+1, where n+1 is the number of digits.
  516.  
  517. I'll first prove that x_0 > n-3 if n>4.  Assume not, then this
  518. implies that at least four of the x_i with i>0 are non-zero.  But
  519. then we would have \sum_i i*x_i >= 10 by (2), impossible unless n=9,
  520. but it isn't possible in this case (51111100000 isn't valid).
  521.  
  522. Now I'll prove that x_0 < n-1.  x_0 clearly can't equal n; assume
  523. x_0 = n-1 ==> x_{n-1} = 1 by (2) if n>3.  Now only one of the
  524. remaining x_i may be non-zero, and we must have that x_0 + ... + x_n
  525. = n+1, but since x_0 + x_{n-1} = n ==> the remaining x_i = 1 ==> by
  526. (2) that x_2 = 1.  But this can't be, since x_{n-1} = 1 ==> x_1>0.
  527. Now assuming x_0 = n-2 we conclude that x_{n-2} = 1 by (2) if n>5
  528. ==> x_1 + ... + x_{n-3} + x_{n-1} + x_n = 2 and 1*x_1 + ... +
  529. (n-3)*x_{n-3} + (n-1)*x_{n-1} + n*x_n = 3 ==> x_1=1 and x_2=1,
  530. contradiction.
  531.  
  532. Case n>5:
  533.  
  534. We have that x_0 = n-3 and if n>=7 ==> x_{n-3}=1 ==> x_1=2 and
  535. x_2=1 by (1) and (2).  For the case n=6 we see that x_{n-3}=2
  536. leads to an easy contradiction, and we get the same result.  The
  537. cases n=4,5 are easy enough to handle, and lead to the two solutions
  538. above.
  539. --
  540. Chris Long, 265 Old York Rd., Bridgewater, NJ  08807-2618
  541. --
  542. Chris Long, 265 Old York Rd., Bridgewater, NJ  08807-2618
  543. -------------------------
  544.  
  545.  
  546. The number "2020" was left off my list by mistake ... sorry.
  547.  
  548. -Chris
  549. -------------------------
  550.  
  551.  
  552. > * * *
  553. > At a recent trip to the Ontario Science Center in Toronto, Canada I came
  554. > across an interesting puzzle.  The center is located minutes from
  555. > downtown Toronto and it's a vast playground of science with hundreds of
  556. > exhibits inviting you to touch, try, test, and titillate your curiosity.
  557. > The puzzle I saw there can be stated as follows.  In the 10 boxes below,
  558. > write a 10-digit number.  The digit in the first box indicates the total
  559. > number of zeros in the entire number.  The box marked "1" indicates the
  560. > total number of 1's in the number.  The box marked "2" indicates the
  561. > total number of 2's in the number, and so on.  For example, the "3" in
  562. > the box labeled "0" would indicate that there must be exactly three 0's
  563. > in the 10-digit number.
  564. >
  565. > -------------------------------
  566. > | 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8| 9|
  567. > | 3|  |  |  |  |  |  |  |  |  |
  568. > -------------------------------
  569. >
  570. >
  571. > Stop And Think
  572. >
  573. > 1. Is there a solution to this problem?  Are there many solutions to this
  574. > problem?
  575. >
  576. [Second question and contest problem omitted]
  577.  
  578.  
  579. Good puzzle!  I am wondering though whether the second question (which
  580. I have not tried to solve yet) is moe amenable to computer search.
  581. It seems to me that there should not be so many cases to consider, so
  582. that even exhaustive search should work.
  583.  
  584. So, here is my ten minutes work on the first question.
  585. I think there is a unique solution which is:  6210001000.
  586. Here is the reasoning.
  587. Let the number be (in Tex notation)
  588.                 d_0 d_1 d_2 d_3 d_4 d_5 d_6 d_7 d_8 d_9.
  589. By definition
  590.         d_0 + d_1 + d_2 + d_3 + d_4 + d_5 + d_6 + d_7 + d_8 + d_9 = 10.  (1)
  591. Moreover, d_0 > 0, since d_0 = 0 contradicts itself.
  592. Let d_0 = c for some integer 9 >= c >= 1.
  593. If c = 9, then d_9 = 1, contradiction since d_1 should both be 0 and 1 then.
  594. If 9 > c >= 1, we rewrite (1) removing all d_i s that are zeros
  595.             c + d_(i_1) + d_(i_2) + ... + d_(i_(9-c)) = 10
  596.         <=> d_(i_1) + d_(i_2) + ... + d_(i_(9-c)) = 10 -c       (2)
  597. where all the d_(i_j) >= 1,  j=1,...,9-c                        (3)
  598. (2) & (3) imply that the d_(i_j)s are 8-c 1s and one 2.
  599. Since there exists ONE 2, then there exists at least one 1.
  600. So the only digits in the number are 0, 1, 2, and c (if different than 1 and 2)
  601. .
  602. If c is either 1 or 2, we have 3 different digits in the number, which
  603. implies d_1 <= 3, impossible since d_1 = 8 - c >= 6.
  604. If c> 2, we have four different digits in the number, and in fact
  605. d_0 = c, d_1 = 8-c, d_2 = 1, d_c = 1, which leaves us with 6 0s.  QED
  606.  
  607. I hope I did not miss any other cases.
  608.  
  609. Do you plan to post answers or comments later?
  610. Leonidas
  611.  
  612. -------------------------------------------------------------------------------
  613. -
  614. Leonidas Palios                         The Geometry Center
  615.                                         1300 South Second Str
  616. palios@geom.umn.edu                     Minneapolis, Minnesota 55454
  617. -------------------------
  618.  
  619. -------------------------------
  620. | 0| 1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8| 9|
  621. -------------------------------
  622. | 6| 2| 1| 0| 0| 0| 1| 0| 0| 0|
  623. | 0| 0| 0| 4| 4| 4| 0| 4| 4| 4|  <-
  624. | 6| 6| 6| 0| 0| 0| 6| 0| 0| 0|    |
  625. | 0| 0| 0| 4| 4| 4| 0| 4| 4| 4|  <-
  626.   .
  627.   .
  628.   .
  629.  
  630.  
  631. I must be missing something in my understanding of your rules.
  632. I found the second row by imagining that I'd need lots of zeros
  633. and putting nine in the 0 column, then skipping back and forth
  634. adjusting things.  I had to put a tic in the 9 column, then
  635. I had to put one in the 1 column, then I realized that had to
  636. change that to a two since now there were two ones, and at the
  637. same time another required tic in the 2 column balanced the
  638. change of one to two in the 1 column, and then of course there
  639. weren't nine zeros anymore, but there were still six and so by
  640. changing the nine in the 1 column to a six, the one in the 9
  641. column sould just migrate down to the 6 column.  But it almost
  642. seems like cheating to use fours in the second row when there
  643. were none in the second row to necessitate this kind of adjusting.
  644. *shrug*  If this is right, the series is infinite, obviously.
  645.  
  646. Please let me know if I'm interpreting something wrong.
  647.  
  648. Thanks, and nice puzzle. :)
  649.  
  650. Grant Culbertson
  651. grant@minos.nmt.edu
  652. dgray@sirius.nmt.edu
  653.  
  654.  
  655. ==> pickover/pickover.02.p <==
  656. ~Title: Cliff Puzzle 2: Grid of the Gods
  657. ~From: cliff@watson.ibm.com
  658.  
  659. If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  660. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  661. about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  662. in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  663. is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  664. in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  665. Thanks, Cliff Pickover
  666.  
  667. * * *
  668.  
  669. Consider a grid of infinitesimal dots spaced 1 inch apart in a cube with
  670. an edge equal in length to the diameter of the sun (4.5x10**9 feet).
  671. For conceptual purposes, you can think of the dots as having unit
  672. spacing, being precisely placed at 1.00000...., 2.00000....,
  673. 3.00000...., etc. Next choose one of the dots and draw a line through it
  674. which extends from that dot to the edge of the huge cube in both
  675. directions.
  676.  
  677. Stop And Think
  678.  
  679. 1. What is the probability that your line will intersect another dot
  680. in the fine grid of dots within the cube the size of the sun?
  681. Would your answer be different if the cube were the size of the
  682. solar system?
  683.  
  684. 2. Could a computer program be written to simulate this process?
  685.  
  686. 3. Answer the two questions above, but this time assume the line
  687. to have some finite thickness, T.
  688.  
  689.  
  690. ==> pickover/pickover.02.s <==
  691. -------------------------
  692.  
  693. In article <1992Sep14.141551.42075@watson.ibm.com> you write:
  694. >Title: Cliff Puzzle 2: Grid of the Gods
  695. >From: cliff@watson.ibm.com
  696. >
  697. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  698. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  699. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  700. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  701. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  702. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  703. >Thanks, Cliff Pickover
  704. >
  705. >* * *
  706. >
  707. >Consider a grid of infinitesimal dots spaced 1 inch apart in a cube with
  708. >an edge equal in length to the diameter of the sun (4.5x10**9 feet).
  709. >For conceptual purposes, you can think of the dots as having unit
  710. >spacing, being precisely placed at 1.00000...., 2.00000....,
  711. >3.00000...., etc. Next choose one of the dots and draw a line through it
  712. >which extends from that dot to the edge of the huge cube in both
  713. >directions.
  714. >
  715. >Stop And Think
  716. >
  717. >1. What is the probability that your line will intersect another dot
  718. >in the fine grid of dots within the cube the size of the sun?
  719. >Would your answer be different if the cube were the size of the
  720. >solar system?
  721.  
  722. That depends on the manner the dot and the direction of the line were choosen.
  723. If both process used uniform (or any other continous) distribution, then - of
  724. course - the probability would be zero. If, for instance, the direction of
  725. the line is always choosen to be parallel to one of the cube's edges, then the
  726. probability is one.
  727.  
  728. >
  729. >2. Could a computer program be written to simulate this process?
  730.  
  731. Not a meaningfull question. Simple minded programs could never simulate
  732. infinitesimal points, but well thought out algorithm could express anything
  733. that can be shown analytically.
  734. >
  735. >3. Answer the two questions above, but this time assume the line
  736. >to have some finite thickness, T.
  737. >
  738.  
  739. This is equivelent to making each dot of diameter T, and keeping the line thin.
  740. For T> (1 inch / 4.5*10^9 ft) inches, the probability -> 1.
  741.  
  742. A simple minded computer program could simulate this.
  743.  
  744. Dan Shoham
  745. shoham@ll.mit.edu
  746. -------------------------
  747.  
  748. In article <1992Sep14.141551.42075@watson.ibm.com> you write:
  749. >1. What is the probability that your line will intersect another dot
  750. >in the fine grid of dots within the cube the size of the sun?
  751.  
  752. About 50%, because I usually draw horizontal lines.
  753.  
  754. I.e., YOU DIDN'T GIVE THE DISTRIBUTION OF "lines".
  755.  
  756. cf the puzzle of "what is the probability that a randomly selected
  757. chord of a circle is longer than the radius of that circle."  The
  758. answer depends on how you "randomly select."
  759. _________________________________________________________
  760. Matt Crawford       crawdad@fncent.fnal.gov      Fermilab
  761.  
  762.  
  763. ==> pickover/pickover.03.p <==
  764. ~Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  765. ~From: cliff@watson.ibm.com
  766.  
  767. If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  768. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  769. about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  770. in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  771. is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  772. in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  773. Thanks, Cliff Pickover
  774.  
  775. * * *
  776.  
  777. How many numbers have at least one digit -- a three?
  778.  
  779. In the first 10 numbers, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 there is only one number
  780. which contain the digit 3.  This means that 1/10 or 10% of the numbers
  781. have the number 1 in the first 10 numbers.  In the first 100 numbers the
  782. occurrence of numbers with at least one three seems to be growing.  In
  783. fact there are 19 numbers:  3,13,23,33,43,53,63,73,83,93,
  784. 30,31,32,34,35,36,37,38,39.  This means that about 19% of the digits
  785. contain the number 3 in the first 100 numbers.
  786.  
  787. We can make a table showing the percentage of numbers with
  788. at least one 3-digit for the first N numbers.
  789. N        %
  790. 10       1
  791. 100      19
  792. 1000     27
  793. 10000    34
  794.  
  795. The percentages rapidly increase to 100% indicating that almost all of
  796. the numbers have a 3 in them!  In fact, a formula describing the
  797. proportion of 3's can be written:  1-(9/10)**N.  The proportion gets
  798. very close to 1 as N increases.
  799.  
  800. Stop And Think
  801.  
  802. 1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  803.  
  804.  
  805. ==> pickover/pickover.03.s <==
  806. -------------------------
  807.  
  808. You wrote (in article <1992Sep14.141704.26532@watson.ibm.com>):
  809. >Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  810. >1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  811.  
  812. Because as the numbers get larger, they contain more digits,
  813. increasing the probability that one of the digits in them might be a
  814. 3.  In fact, the probability that a 3 will _not_ appear in a very long
  815. number is very low.
  816.  
  817. I like this puzzle.  Simple, but it made me think for a moment.
  818. A three in every number?  Preposterous!  ;)
  819.  
  820. As for the other information you requested from responders: You have
  821. my name and email address now, I don't give out my home address unless
  822. it's necessary, and what sort of 'affiliation' are you seeking --
  823. religious, business, or what?
  824.  
  825.      << Brian >>
  826.  
  827. --
  828. _/_/_/       Brian Kendig  Macintosh Jedi           Live never to be ashamed
  829.  _/_/   Starfleet Captain  Oracle Employee         if anything you do or say
  830.   _/  Intrepid Adventurer  Saturn SL2 Owner    is published around the world
  831.       bskendig@netcom.com  Wizard of Frobozz    -- even if what is published
  832.     Princeton '92! BSE/CS  Writer/Actor/Singer                   is not true.
  833. -------------------------
  834.  
  835. In article <1992Sep14.141704.26532@watson.ibm.com> you write:
  836. >Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  837. >From: cliff@watson.ibm.com
  838. >
  839. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  840. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  841. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  842. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  843. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  844. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  845. >Thanks, Cliff Pickover
  846. >
  847. >* * *
  848. >
  849. >How many numbers have at least one digit -- a three?
  850. >
  851. >In the first 10 numbers, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 there is only one number
  852. >which contains the digit 3.  This means that 1/10 or 10% of the numbers
  853. >have the number 1 in the first 10 numbers.  In the first 100 numbers the
  854. >occurrence of numbers with at least one three seems to be growing.  In
  855. >fact there are 19 numbers:  3,13,23,33,43,53,63,73,83,93,
  856. >30,31,32,34,35,36,37,38,39.  This means that about 19% of the digits
  857. >contain the number 3 in the first 100 numbers.
  858. >
  859. >We can make a table showing the percentage of numbers with
  860. >at least one 3-digit for the first N numbers.
  861. >N        %
  862. >10       1
  863. >100      19
  864. >1000     27
  865. >10000    34
  866. >
  867. >The percentages rapidly increase to 100% indicating that almost all of
  868. >the numbers have a 3 in them!  In fact, a formula describing the
  869. >proportion of 3's can be written:  1-(9/10)**N.  The proportion gets
  870. >very close to 1 as N increases.
  871. >
  872. >Stop And Think
  873. >
  874. >1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  875. >
  876.  
  877. Thaddeus Crews, 509 Windsor Green Blvd., Goodlettsville, TN, 37072
  878. Graduate Student (Ph.D.) @ Vanderbilt University, Computer Science
  879. thaddeus@vuse.vanderbilt.edu
  880.  
  881. This problem seems a little bit simple to me, but I was never that
  882. great at math problems so I am not betting the farm on this answer.
  883.  
  884. The percentages you show for # of the first N numbers with at least
  885. one 3-digit is also true (about) for the # of the first N numbers
  886. with at least one 4-digit, at least one 5-digit, etc...
  887.  
  888. Basically, as N increases, so does the number of digits in N, and
  889. therefore so does the number of chances for the digit 3 to appear
  890. (as well as all other digits).  Given a number N with enough (?)
  891. digits, there is a 100% chance of all digits 0-9 appearing in that
  892. number (of course, 1.0E10000000000) does not have a 3 in it, but
  893. if you take the next 1.0E10000000000 numbers the percent that has
  894. a 3 will be (I suspect) 100%.
  895.  
  896. My proof is clearly weak, but the claim is this: as N increases,
  897. the number of digits in N also increases.  As N approaches
  898. infinity, the number of digits in N approaches infinity (at a
  899. slower rate, however).  As the number of digits approaches infinity,
  900. the likelyhood of any specific digit appearing at least once
  901. approaches 100%.
  902.  
  903. I think the real question (to be answered by someone with a better
  904. math training) would be "At what number N does the statistical
  905. likelyhood become 100% of at least one 3-digit appearing in the
  906. first N numbers."
  907.  
  908. Hope this helps....
  909. --
  910. -- Thad Crews                         (email thaddeus@vuse.vanderbilt.edu)
  911. --------------------------------------------------------------------------
  912. "Some people have a way with words, and some people, ... oh ... *not* have
  913. a way, I suppose..."  -- Steve Martin
  914. -------------------------
  915.  
  916.         Heh.  As the numbers get larger, they have more digits.  Assuming a ran
  917. dom occu
  918. various digits in the larger numbers (not unreasonable when n-> infinity) the p
  919. r
  920. number NOT having a 3 is very low.
  921.  
  922.         -john 'I know it's not a proof...' karakash-
  923. -------------------------
  924.  
  925. >Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  926.  
  927. Seth Breidbart
  928. PO Box 5157
  929. New York, NY 10185
  930.  
  931. Morgan Stanley & Co.
  932.  
  933. >1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  934.  
  935. The probability that a random sequence of n digits does not contain a
  936. 3 is .9^n; as n->infinity, this probability -> 0.  Since almost all
  937. numbers have a lot of digits (there are only a finite number of
  938. integers with <n digits, and infinitely many with >n), the limiting
  939. probability is 0.
  940.  
  941.  
  942. -------------------------
  943.  
  944. In article <1992Sep14.141704.26532@watson.ibm.com> you write:
  945. >Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  946. >From: cliff@watson.ibm.com
  947. >
  948. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  949. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  950. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  951. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  952. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  953. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  954. >Thanks, Cliff Pickover
  955. >
  956. >* * *
  957. >
  958. >How many numbers have at least one digit -- a three?
  959. >
  960. >In the first 10 numbers, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 there is only one number
  961. >which contains the digit 3.  This means that 1/10 or 10% of the numbers
  962. >have the number 1 in the first 10 numbers.  In the first 100 numbers the
  963. >occurrence of numbers with at least one three seems to be growing.  In
  964. >fact there are 19 numbers:  3,13,23,33,43,53,63,73,83,93,
  965. >30,31,32,34,35,36,37,38,39.  This means that about 19% of the digits
  966. >contain the number 3 in the first 100 numbers.
  967. >
  968. >We can make a table showing the percentage of numbers with
  969. >at least one 3-digit for the first N numbers.
  970. >N        %
  971. >10       1
  972. >100      19
  973. >1000     27
  974. >10000    34
  975. >
  976. >The percentages rapidly increase to 100% indicating that almost all of
  977. >the numbers have a 3 in them!  In fact, a formula describing the
  978. >proportion of 3's can be written:  1-(9/10)**N.  The proportion gets
  979. >very close to 1 as N increases.
  980. >
  981. >Stop And Think
  982. >
  983. >1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  984. >
  985.  
  986. No problem. In fact almost all very large numbers have all digits in them.
  987. It is rather hard for a number with zillions of digits to avoid "3"s (or any
  988. other digit).
  989.  
  990. It fact, the sequences "15", "172", and "666" (and any other finite sequence)
  991. are also contained (in order) within almost all numbers.
  992.  
  993. Dan Shoham
  994. shoham@ll.mit.edu
  995.  
  996. -------------------------
  997.  
  998. Before I forget:
  999.  
  1000. Chris Long, 265 Old York Rd., Bridgewater, NJ  08807-2618
  1001. clong@remus.rutgers.edu
  1002. --
  1003. Chris Long, 265 Old York Rd., Bridgewater, NJ  08807-2618
  1004. -------------------------
  1005.  
  1006. >Title: Cliff Puzzle 3: Too many 3's
  1007. >From: cliff@watson.ibm.com
  1008.  
  1009. >If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  1010. >address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  1011. >about yourself.  You might also directly mail me a copy of your response
  1012. >in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  1013. >is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  1014. >in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  1015. >Thanks, Cliff Pickover
  1016.  
  1017. >* * *
  1018.  
  1019. >How many numbers have at least one digit -- a three?
  1020.  
  1021. >In the first 10 numbers, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 there is only one number
  1022. >which contains the digit 3.  This means that 1/10 or 10% of the numbers
  1023. >have the number 1 in the first 10 numbers.  In the first 100 numbers the
  1024. >occurrence of numbers with at least one three seems to be growing.  In
  1025. >fact there are 19 numbers:  3,13,23,33,43,53,63,73,83,93,
  1026. >30,31,32,34,35,36,37,38,39.  This means that about 19% of the digits
  1027. >contain the number 3 in the first 100 numbers.
  1028. >
  1029. >We can make a table showing the percentage of numbers with
  1030. >at least one 3-digit for the first N numbers.
  1031. >N        %
  1032. >10       1
  1033. >100      19
  1034. >1000     27
  1035. >10000    34
  1036.  
  1037. >The percentages rapidly increase to 100% indicating that almost all of
  1038. >the numbers have a 3 in them!  In fact, a formula describing the
  1039. >proportion of 3's can be written:  1-(9/10)**N.  The proportion gets
  1040. >very close to 1 as N increases.
  1041.  
  1042. >Stop And Think
  1043.  
  1044. >1. How can it be that almost all of the numbers have a 3 in them?
  1045.  
  1046.  
  1047.  
  1048.         I'm not sure this is the answer you are looking for, but:
  1049.  
  1050.  
  1051.         9               =       9
  1052.         9*9             =      81
  1053.         9*9*9           =     729
  1054. ^S        9*9*9*9         =    6561
  1055.                 etc.
  1056.  
  1057. The probability of having 3 as the digit in a one-digit number is 1/10.
  1058.         "       of not having 3                 "              is 9/10.
  1059.  
  1060. In a two-digit number, the prob. of NOT having 3 as the first digit or
  1061. the second digit, ie. not having 3 in the two-digit number, is simply
  1062. the product of (NOT having 3 in first digit) times (NOT having 3 in second):
  1063.                 (9/10)*(9/10) = 81/100
  1064.                               = 0.81
  1065.  
  1066. For a three-digit number:  (9/10)*(9/10)*(9/10) = 729/1000
  1067.                                                 = 0.729
  1068. ^Q
  1069. For an n-digit number:  (9/10)**n = probability.
  1070.  
  1071.         We can see that as "n" becomes larger and larger, the
  1072.         probability of NOT having a three at all in the number
  1073.         becomes smaller and smaller.  Indeed, as "n" approaches
  1074.         infinity, this probability approaches zero.  In other
  1075.         words, it is very rare for a large number NOT to have 3
  1076.         as one of its digits. In fact, it is very rare for a
  1077.         large number NOT to have any of the ten possible integers
  1078.         represented at least once.
  1079.  
  1080.  
  1081.  
  1082. [Aside,  N      %
  1083.         10      1  = (10 - 9)/1                 times 100
  1084.         100     19 = (100 - 81)/100             times 100
  1085.         1000    27 = (1000 - 729)/1000          times 100
  1086.         10000   34 = (10000 - 6561)/10000       times 100               
  1087.                         etc.                                    ]       
  1088.  
  1089.         
  1090.                 Kumar
  1091.                 kumar@ug.cs.dal.ca      
  1092.  
  1093. ps:     I'll leave it as a small exercise to tie up the loose ends.
  1094.  
  1095.  
  1096. ==> pickover/pickover.04.p <==
  1097. ~Title: Cliff Puzzle 4: Time in a Bottle
  1098. ~From: cliff@watson.ibm.com
  1099.  
  1100. If you respond to this puzzle, if possible please include your name,
  1101. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  1102. about yourself.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of your response
  1103. in addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it
  1104. is OK to describe your answer in any article or publication I may write
  1105. in the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  1106. Thanks, Cliff Pickover
  1107.  
  1108. * * *
  1109.  
  1110. Consider a chain of bottles (B) each connected to one another by a thin
  1111. tube. A marble is placed in bottle 1.
  1112. Each tube contains a one-way valve so marbles can only
  1113. go from left to right in the tubes which are symbolized with "-" marks:
  1114.  
  1115. 1   2   3   4
  1116. B - B - B - B -
  1117.  
  1118.  
  1119. The tubes are thin so it takes
  1120. 1 hour of constant random shaking to get the marble from B1 to B2.
  1121. Likewise for each bottle.
  1122.  
  1123. I have not fully described the bottle collection.  Each bottle
  1124. has a backward 1-way tube to bottle 1.  I've tried to diagram these
  1125. with "*" symbols.  Each time the marble enters bottle B(N) it has
  1126. a 50% probability of going back to bottle 1 via these tubes.
  1127.  
  1128.  
  1129. ****<********
  1130. *           *
  1131. ***<*****   *
  1132. *       *   *
  1133. * * *   *   *
  1134. 1   2   3   4
  1135. B - B - B - B -
  1136.  
  1137. Stop And Think
  1138.  
  1139. 1.  In how many hours will you expect to get the marble out of bottle 10
  1140. after placing the marble in bottle 1?
  1141.  
  1142. 2. Is there a general formula for the amount of time
  1143. required to get the ball out of bottle N into bottle N+1 given
  1144. a probability P of backwards motion (given as 50% in this problem)?
  1145.  
  1146. 3.  In how many hours will you expect to get the marble out of bottle 10
  1147. after placing the marble in bottle 1 given two backward tubes for each
  1148. bottle instead of one backward tube?
  1149.  
  1150. ==> pickover/pickover.04.s <==
  1151. -------------------------
  1152.  
  1153. ~Subject: Re: Cliff Puzzle 4 (SPOILER)
  1154. ~Newsgroups: rec.puzzles
  1155. ~References: <1992Sep15.205532.4172@watson.ibm.com>
  1156.  
  1157. In article <1992Sep15.205532.4172@watson.ibm.com>, Cliff writes:
  1158.  
  1159. > 1.  In how many hours will you expect to get the marble out of bottle 10
  1160. > after placing the marble in bottle 1?
  1161.  
  1162. The expected amount of time to go from state n-1 to n (state 11 is an
  1163. absorbing state) is
  1164.  
  1165. E(n-1,n) = 1 + E(1,n)/2 for 1<n<11;
  1166.  
  1167. also
  1168.  
  1169. E(n-1,n+1) = E(n-1,n) + E(n,n+1) for 1<n<11.
  1170.  
  1171. If n=2 then E(1,2) = 1 + E(1,2)/2 ==> E(1,2) = 2 (it should be clear
  1172. that no E is infinite for this problem).
  1173.  
  1174. E(2,3) = 1 + E(1,3)/2 = 1 + E(1,2)/2 + E(2,3)/2 ==> E(2,3)/2 = 2
  1175. ==> E(1,3) = 6.
  1176.  
  1177. I claim that in general E(1,n) = 2^n - 2 and E(n-1,n) = 2^(n-1).
  1178. Assume true for n, then E(n,n+1) = 1 + E(1,n+1)/2 = 1 + E(1,n)/2 +
  1179. E(n,n+1)/2 ==> E(n,n+1)/2 = 1 + E(1,n)/2 ==> E(n,n+1) = 2 + E(1,n)
  1180. ==> E(n,n+1) = 2 + 2^n - 2 = 2^n.  Furthermore E(1,n+1) = E(1,n) +
  1181. E(n,n+1) = 2^n - 2 + 2^n = 2^(n+1) - 2.  Therefore by induction the
  1182. result is established.
  1183.  
  1184. Now E(1,11) = E(1,10) + 1 (ball can't go back to bottle 1 after
  1185. leaving bottle 10) = 2^10 - 1.
  1186.  
  1187. > 2. Is there a general formula for the amount of time
  1188. > required to get the ball out of bottle N into bottle N+1 given
  1189. > a probability P of backwards motion (given as 50% in this problem)?
  1190.  
  1191. I'd have to check my work, but I get E(n,n+1) = q^n, where q = 1/(1-p).
  1192.  
  1193. > 3.  In how many hours will you expect to get the marble out of bottle 10
  1194. > after placing the marble in bottle 1 given two backward tubes for each
  1195. > bottle instead of one backward tube?
  1196.  
  1197. I get E(1,n) = (q^n - q)/(q-1), so E(1,11) = E(1,10) + 1 =
  1198. ^S^Q(3^10 - 3)/2 + 1.
  1199. -------------------------
  1200.  
  1201.  
  1202. In regards to your fourth problem, the following comments (marked
  1203. with a ">") should be added.  I thought the answer was quite surprising!
  1204. ---
  1205.  
  1206. The expected amount of time to go from state n-1 to n (state 11 is an
  1207. absorbing state) is
  1208.  
  1209. ^SE(n-1,n) = 1 + E(1,n)/2 for 1<n<11
  1210.  
  1211. > since we expect it'll take an hour for the ball to leave bottle n-1,
  1212. > and it then has a probability of 1/2 of returning to the first bottle;
  1213.  
  1214. also
  1215.  
  1216. E(n-1,n+1) = E(n-1,n) + E(n,n+1) for 1<n<11
  1217.  
  1218. > since the only way of getting to state n+1 from n-1 is to first
  1219. > go from state n-1 to n, and then from n to n+1; the total expected
  1220. > time is the sum of the two.
  1221.  
  1222.  
  1223. ==> pickover/pickover.05.p <==
  1224. ~Title: Cliff Puzzle 5: Mystery Sequence
  1225. ~From: cliff@watson.ibm.com
  1226.  
  1227. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  1228. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  1229. about yourself so I can cite you appropriately if you provide unique
  1230. information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of your response in
  1231. addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it is
  1232. OK to describe your answer in any article or publication I may write in
  1233. the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  1234. Thanks, Cliff Pickover
  1235.  
  1236. * * *
  1237.  
  1238. What is the next term in the Mystery Sequence:
  1239.  
  1240. 22.45906, 17600.22, 0.34714E+12,
  1241.  
  1242.  
  1243. ==> pickover/pickover.05.s <==
  1244. -------------------------
  1245.  
  1246. Some serious roundoff error going on here, but...
  1247.  
  1248. The sequence 22.45906, 17600.22, 0.34714E+22 is clearly meant to be:
  1249.  
  1250. Pi^e, (Pi^e)^Pi, ((Pi^e)^Pi)^e,
  1251.  
  1252. so the next term should be (((Pi^e)^pi)^e)^pi = 1.80169E36.
  1253.  
  1254. Actually, it looks like you were using "pi" = 3.14159 and "e" = 2.71828, possib
  1255. l
  1256. with other intermediate rounding off, so you may have been looking for somethin
  1257. g
  1258. more like 1.8011E36.
  1259.  
  1260. James
  1261. jlayland@grissom.jpl.nasa.gov
  1262. -------------------------
  1263.  
  1264. In article <+M_UUYZ8!@linac.fnal.gov> you write:
  1265. >cliff@watson.ibm.com (cliff) writes:
  1266. >>What is the next term in the Mystery Sequence:
  1267. >>
  1268. >>22.45906, 17600.22, 0.34714E+12,
  1269. >
  1270. >I disagree about the last couple of significant digits, but otherwise
  1271. >the series is pi^e, (pi^e)^pi, ((pi^e)^pi)^e, ... and the next term
  1272. >is about 1.8017E+36.
  1273. >_________________________________________________________
  1274. >Matt Crawford       crawdad@fncent.fnal.gov      Fermilab
  1275. >
  1276. >
  1277.  
  1278.  
  1279. Background:
  1280.  
  1281. I recognized the approximate value of the first term from figuring
  1282. ^Qout (during high school, about 20 years ago) the old question of
  1283. which is larger, e^pi or pi^e.  After that it was a mater of taking
  1284. ratios of logs of the terms.
  1285.  
  1286. _________________________________________________________
  1287. Matt Crawford       crawdad@fncent.fnal.gov      Fermilab
  1288.      BS 1978 Applied Math & Physics; PhD 1985 Physics
  1289. -------------------------
  1290.  
  1291. Before I go barking up a wrong tree, I notice that
  1292.  
  1293.      e
  1294.    Pi   = 22.45916
  1295.  
  1296. >22.45906, 17600.22, 0.34714E+12,
  1297. which seems suspiciously close to your first constant. Which should I assume?
  1298.  
  1299.    "Typo. It should read 22.45916",
  1300.    "Coincidence.",
  1301. or "No Comment -- no clues."
  1302. ^S
  1303.  ???
  1304.  
  1305.    /Alan Paeth
  1306. -------------------------
  1307.  
  1308. In article <1992Sep17.132745.21035@watson.ibm.com> you write:
  1309. >What is the next term in the Mystery Sequence:
  1310. >22.45906, 17600.22, 0.34714E+12,
  1311.  
  1312. As a one-time math major, I thought I recognized that telltale 22.45906 ...
  1313.  
  1314. The sequence continues with 1.8016851E+36
  1315.  
  1316. Steve
  1317. --
  1318. -- monson@diablo.amd.com -- (512) 462-4013
  1319.  __     | signature designed by | One thing about kneading that pizza dough by
  1320. (_      | (and ripped off from) | hand -- it sure gets your fingernails clean!
  1321. __)teve | Stephen Wayne Miller  |         Pizzaria Friend of Danny
  1322.  
  1323. ==> pickover/pickover.06.p <==
  1324. ~Title: Cliff Puzzle 6: Star Chambers
  1325. ~From: cliff@watson.ibm.com
  1326.  
  1327. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  1328. address, affiliation, e-mail address.  If you like, tell me a little bit
  1329. about yourself so I can cite you appropriately if you provide unique
  1330. information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of your response in
  1331. addition to any responding you do in the newsgroup.  I will assume it is
  1332. OK to describe your answer in any article or publication I may write in
  1333. the future, with attribution to you, unless you state otherwise.
  1334. Thanks, Cliff Pickover
  1335.  
  1336. * * *
  1337.  
  1338. As many of you probably know, 5-sided stars produced by drawing a
  1339. continuous line with your pencil can nest inside each other.  (One star
  1340. can sit inside the pentagon produced by the larger star.  Each of the
  1341. 5 points of the small star coincide with the 5 points of the
  1342. internal pentagon of the large star.)
  1343.  
  1344. Start with a five sided star formed with 5 line segments, each 1 inch
  1345. long.  Continually nest stars so that the assembly of stars gets bigger
  1346. and bigger.
  1347.  
  1348. Questions:
  1349. 1.  How many nestings N are required to make star N
  1350. have an edge-length equal to the diameter of the sun (4.5E9 feet)?
  1351.  
  1352. 2. How many nestings N are required to make the cumulative length
  1353. of lines of all the nested stars equal to the diameter of the sun?
  1354.  
  1355.  
  1356. ==> pickover/pickover.06.s <==
  1357. -------------------------
  1358.  
  1359. Cliff Pickover,
  1360.  
  1361. So here I am, waiting to see if one of my long Grobner basis
  1362. calculations is going to finish before the machine goes down.
  1363. This is a good time to read news, and I came across this trivial
  1364. problem in rec.games.puzzles.  I'm not sure why I'm responding,
  1365. perhaps the hour, or perhaps curiousity to see what will come
  1366. of this, but I could have done this the day in high school
  1367. when I learned how to compute cos(pi/5).  The ratio between
  1368. side lengths of successive pentagrams is  r = (3+sqrt(5))/2
  1369. = 1 + golden ratio = 2.618... .   The smallest  N  for which
  1370. r^N > 5.48e10 (slightly more accurate value for sun's diameter
  1371. in inches) is 26, with r^26 = 7.37e10.  The smallest  N  for which
  1372. 5[r^(N+1)-1]/(r-1) > 5.48e10 is 24, with 5(r^25 - 1)/(r-1) = 8.70e10.
  1373. This seems too trivial to post, but do with this response as you like.
  1374.  
  1375. Bob Holt
  1376.  
  1377. -------------------------
  1378.  
  1379.  
  1380.    I just started reading 'rec.puzzles', so have just seen this one and
  1381. the one before (#5)...  and to be honest I'm not sure why you put this one
  1382. out, since it is pretty straightforward.
  1383.  
  1384. >Start with a five sided star formed with 5 line segments, each 1 inch
  1385. >long.  Continually nest stars so that the assembly of stars gets bigger
  1386. >and bigger.
  1387.  
  1388.    The analytical (and general) answer to this problem comes from the
  1389. basic relationship of a "chord" of a regular pentagon, which is defined
  1390. as follows:
  1391.  
  1392.                _=*=_
  1393.             _=/ /   \=_
  1394.          _=/   |       \=_
  1395.       _=/      |          \=_
  1396.      *        /              *
  1397.      |       |  <-- "chord"  |
  1398.       \      |              /
  1399.        |    /              |
  1400.         \  |              /
  1401.          | /             |
  1402.           *-------------*
  1403.  
  1404. compared to the length of one of the sides is the golden ratio, i.e.
  1405.                   _
  1406.             1 + \/5
  1407.            ---------  .
  1408.                2
  1409.  
  1410.    It can then be derived that the length of the "chord" (i.e. segment
  1411. length) of the next bigger Star compared to the length of the "chord"
  1412. of its incribed Star is the square of the golden ratio, or the golden
  1413. ratio plus one, same thing.
  1414.  
  1415. >Questions:
  1416.  
  1417. >1.  How many nestings N are required to make star N
  1418. >have an edge-length equal to the diameter of the sun (4.5E9 feet)?
  1419.  
  1420.    Back-of-envelope calculations as follows:
  1421. ^Q^S
  1422.         4.5E9 * 12 = total of 5.22E10 inches.
  1423.  
  1424.         ratio of Star sizes approx. 2.618.
  1425.  
  1426.    The best answer is 27 nested Stars, although it produces a Star with
  1427. a "chord" length of 7.366E10 inches, i.e. a bit bigger.  The first, and
  1428. smallest Star, is assumed to be the one with "chord" length of 1 inch.
  1429.  
  1430. >2. How many nestings N are required to make the cumulative length
  1431. >of lines of all the nested stars equal to the diameter of the sun?
  1432.  
  1433.    This is just the sum of a geometric sequence with the ratio being
  1434. the golden ratio squared (or the golden ratio plus one).
  1435.                                           _
  1436.                                   / 1 + \/5 \ 2
  1437.    So, S = 1 inch, and S = S     | --------- |
  1438.         0               n   n-1   \    2    /
  1439.  
  1440.    The sum is just the standard geometric summation, which I can't remember
  1441. offhand, but the contributing terms in the sum (other than the last term),
  1442. are less than one 1.6th of the total (by conincidence the inverse of the
  1443. golden ratio ;-).  This means that the 25th Star (term) is the determining
  1444. factor, and in this case is the answer with a total length of 8.694E10
  1445. inches amoung all of them, and 5.373E10 inches for just the sum of the
  1446. segments of the 25th Star (again, counting the first one as side length
  1447. of 1 inch, or sum of 5 inches).
  1448.  
  1449.    Well, that's it, I guess.  Sorry to be so exhaustive, but I like to
  1450. use analytical methods to be sure I have the right answer.
  1451.  
  1452.    My .signature explains most of what you need to know.  What I mean
  1453. by "Honorary Grad Student" is that I have been taking Grad math classes
  1454. since my sophomore year, and for all intensive purposes might as well
  1455. be one.  My Snail-mail address is 1521 S.W. 66th Ave., Portland, OR
  1456. 97225.  As to info about myself...  I love learning about things, and
  1457. mathematics and consequently computers tend to be a great focus.
  1458.  
  1459.    Anyway, if you have any more puzzles, pass them along...  I am still
  1460. pondering on that sequence (puzzle #5) that you posted.
  1461.  
  1462.    Thanks for your time.
  1463.  
  1464.    Erich
  1465. --
  1466.              "I haven't lost my mind; I know exactly where it is."
  1467.    / --  Erich Stefan Boleyn  -- \        --=> *Mad Genius wanna-be* <=--
  1468.   { Honorary Grad. Student (Math) } Internet E-mail: <erich@gemini.mth.pdx.edu>
  1469.    \  Portland State University  /       WARNING: INTERESTED AND EXCITABLE
  1470.  
  1471. ==> pickover/pickover.07.p <==
  1472. ~Title: Cliff Puzzle 7: 3x3 Recursion
  1473. ~From: cliff@watson.ibm.com
  1474.  
  1475. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  1476. address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  1477. you provide unique information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of
  1478. your response in addition to any responding you do in the newsgroup.  I
  1479. will assume it is OK to describe your answer in any article or
  1480. publication I may write in the future, with attribution to you, unless
  1481. ^Q^Syou state otherwise.  Thanks, Cliff Pickover
  1482.  
  1483. * * *
  1484.  
  1485. Consider the 3x3 array below.  All nine digits are used exactly once.
  1486.  
  1487. 1 9 2
  1488. 3 8 4
  1489. 5 7 6
  1490.  
  1491. Notice that "384" is twice the number in the first row, and that
  1492. "576" is three times the number in the first row.
  1493.  
  1494. Questions:
  1495. 1.  Are there other ways of arranging the number to produce the same
  1496. result using each digit only once and the same rules?
  1497. Remember, the second row must be twice the first.  The third row
  1498. must be 3 times the first row.
  1499.  
  1500. 2.  Start with the number in the last row (e.g "576" or any other
  1501. solution you may find) and continue to form another 3x3 matrix using the
  1502. same rules with the new starting number.  In other words, the number in
  1503. the second row must be twice the first.  The third row must be three
  1504. times the first.  (For this problem you may truncate any digits in the
  1505. beginning.  For example, 1384 would become 384.)
  1506.  
  1507. Keep going.  How many matrices can you create before it is impossible
  1508. to continue.  Again, each digit must be used only once
  1509. in each matrix.
  1510.  
  1511. ==> pickover/pickover.07.s <==
  1512. -------------------------
  1513.  
  1514. > Title: Cliff Puzzle 7: 3x3 Recursion
  1515. > Consider the 3x3 array below.  All nine digits are used exactly once.
  1516. > 1 9 2
  1517. > 3 8 4
  1518. > 5 7 6
  1519. > Questions:
  1520. > 1.  Are there other ways of arranging the numbers to produce the same
  1521. ^Q^S^Q^S^Q^S^Q^S> result using each digit only once and the same rules?
  1522.  
  1523. YES .
  1524.  
  1525.  2 1 9       2 7 3        3 2 7
  1526.  4 3 8       5 4 6        6 5 4
  1527.  6 5 7       8 1 9        9 8 1
  1528.  
  1529. > same rules with the new starting number.  In other words,
  1530. > the last number becomes the first, and the number in
  1531. > the new second row must be twice the first.  The third row must be three
  1532. > times the first.  (For this problem you may truncate any digits in the
  1533. > beginning.  For example, 1384 would become 384.)
  1534. NONE. There is no solution to the continuation problem.
  1535.  
  1536.  
  1537. Bye.
  1538.  
  1539. Amit Agarwal
  1540. > to continue?  Again, each digit must be used only once
  1541. > in each matrix.
  1542. >
  1543. >
  1544.  
  1545. -------------------------
  1546.  
  1547. By exhaustive search I found that there are only four such arrays.
  1548. Here they are:
  1549.  
  1550.   1 9 2        2 1 9        2 7 3        3 2 7
  1551.   3 8 4        4 3 8        5 4 6        6 5 4
  1552.   5 7 6        6 5 7        8 1 9        9 8 1
  1553.  
  1554. Since these are the only four it is clear from inspection that
  1555. none of the last numbers ever begin another array with the desired
  1556. properties.
  1557.  
  1558. Bob Murphy (rmurphy@aludra.usc.edu)
  1559.  
  1560. -------------------------
  1561.  
  1562.  
  1563.  
  1564. Well, I think I have an answer to both parts.  I did what should have been
  1565. a complete analysis of all possible column combinations, but it is
  1566. certainly possible that I missed a point somewhere.  If you don't get any
  1567. answers contradicting this one, I'd be happy to send you my analysis.
  1568. Anyway - for part 1, I found the following three matrices (in additionn
  1569. to the one you gave):
  1570.                         2 1 9    2 7 3   3 2 7
  1571.                         4 3 8    5 4 6   6 5 4
  1572.                         6 5 7    8 1 9   9 8 1
  1573.  
  1574. Note that the first one of these can be generated from yours by moving
  1575. the third column to the first position, and the third one can be generated
  1576. from the second similarly.  In both cases, one column does not receive
  1577. or produce any carryovers, so it can be placed at either end.
  1578.  
  1579. For part 2, there is obviously no solution, assuming that these are indeed
  1580. the only four matrices satisfying the requirements.  In my analysis, I
  1581. included columns with carryovers in all positions, so if there were any
  1582. ^Qmatrices that would satisfy the relaxed condition of part 2 I should
  1583. have found them.
  1584.  
  1585.                                                         Dan Blum
  1586.                                                         Institute for the
  1587.                                                         Learning Sciences
  1588.                                                         Northwestern U.
  1589.                                                         blum@ils.nwu.edu
  1590. -------------------------
  1591.  
  1592.  
  1593. Cliff,
  1594.  
  1595. In article <1blrk9INN10s@aludra.usc.edu> (Bob Murphy) writes:
  1596.  
  1597. >By exhaustive search I found that there are only 4 starting numbers
  1598. >which produce a 3x3 array with the desired property.  Here they are:
  1599. >
  1600. >   1 9 2        2 1 9        2 7 3        3 2 7
  1601. >   3 8 4        4 3 8        5 4 6        6 5 4
  1602. >   5 7 6        6 5 7        8 1 9        9 8 1
  1603.  
  1604.  
  1605. For each of these solutions I happened to notice that the sum of each row
  1606. is a constant:
  1607.  
  1608.         sum(row1) = 12
  1609.         sum(row2) = 15
  1610.         sum(row3) = 18
  1611.  
  1612. (necessary but not sufficient condition)
  1613.  
  1614. And the sums all differ by the same constant (3).  I wonder if this
  1615. property may somehow be generalized to matrices of higher degree?
  1616.  
  1617.  
  1618. Regards,
  1619.  
  1620.  
  1621. -- Greg Schmidt         schmidtg@iccgcc.decnet.ab.com
  1622.  
  1623. -------------------------
  1624.  
  1625.  
  1626. > If you respond to this puzzle, if possible please send me your name, address,
  1627. > affiliation, and e-mail address so I can credit you in the future if needed.
  1628. > If you like, tell me a little bit about yourself so I can cite you
  1629. > appropriately if you provide unique information.  PLEASE ALSO directly mail
  1630. > me a copy of your response in addition to any responding you do in the
  1631. > newsgroup.  I will assume it is OK to describe your answer in any article or
  1632. > publication I may write in the future, with attribution to you, unless you
  1633. > state otherwise.
  1634. > Thanks, Cliff Pickover
  1635. >
  1636. > Consider the 3x3 array below.  All nine digits are used exactly once.
  1637. >
  1638. > 1 9 2
  1639. > 3 8 4
  1640. > 5 7 6
  1641. >
  1642. > Notice that "384" is twice the number in the first row, and that
  1643. > "576" is three times the number in the first row.
  1644. >
  1645. > Questions:
  1646. > 1.  Are there other ways of arranging the numbers to produce the same
  1647. > result using each digit only once and the same rules?
  1648. > Remember, the second row must be twice the first.  The third row
  1649. > must be 3 times the first row.
  1650. >
  1651. > 2.  Start with the number in the last row (e.g "576" or any other
  1652. > solution you may find) and continue to form another 3x3 matrix using the
  1653. > same rules with the new starting number.  In other words,
  1654. > the last number becomes the first, and the number in
  1655. > the new second row must be twice the first.  The third row must be three
  1656. > times the first.  (For this problem you may truncate any digits in the
  1657. > beginning.  For example, 1384 would become 384.)
  1658. >
  1659. > Keep going.  How many matrices can you create before it is impossible
  1660. > to continue?  Again, each digit must be used only once
  1661. > in each matrix.
  1662.  
  1663. Well, this is probably not news to you by now, but I only get four solutions
  1664. to the original problem:
  1665.  
  1666. 1 9 2      2 1 9      2 7 3      3 2 7
  1667. 3 8 4      4 3 8      5 4 6      6 5 4
  1668. 5 7 6      6 5 7      8 1 9      9 8 1
  1669.  
  1670. If we relax the rules slightly and allow zeroes, and just specify that the nine
  1671. numbers only have to be different, then we get two more solutions:
  1672.  
  1673. 0 7 8      2 6 7
  1674. 1 5 6      5 3 4
  1675. 2 3 4      8 0 1
  1676.  
  1677. both of which use the digits 0-8, which may be of interest.
  1678.  
  1679. The second problem (in either form) has only the above solutions, with only one
  1680. ^S^Qmatrix in each solution.
  1681.  
  1682. If we switch to base 9 (where we must use a zero), there is no solution to the
  1683. first, and only one solution to the second (with only one matrix):
  1684.  
  1685. 4 8 1
  1686. 0 7 2
  1687. 5 6 3
  1688.  
  1689. In fact, I considered 3 versions of problem 2.  In all cases zeroes were
  1690. allowed, but the 9 numbers had to be different.  For each of them the first 3x3
  1691. matrix has to meet the original specifications; where they differ is in how the
  1692. succeeding matrices are constructed.  In the ensuing discussion, the original
  1693. number is called 'n'.  So in the example given with the problem, n is 192.
  1694.  
  1695. Version A:  The second matrix consists of rows with n*2, n*3 and n*4 in them.
  1696.            (The last three digits of those, anyway.)  The next would have n*3,
  1697.            n*4, and n*5, then n*4, n*5, n*6, etc.
  1698.  
  1699. Version B:  The second matrix consists of n*3, n*6, n*9.  (This is essentially
  1700.             the second problem as given.)
  1701.  
  1702. Version C:  The second matrix consists of n*4, n*5, n*6.  The next would have
  1703.             n*7, n*8, n*9 etc.
  1704.  
  1705. Results for various bases:
  1706.  
  1707. Base 9:
  1708.   A, B, C:   4 8 1
  1709.              0 7 2
  1710.              5 6 3
  1711.  
  1712. Base 10:
  1713.   A, B, C:   0 7 8    1 9 2    2 1 9    2 6 7    2 7 3    3 2 7
  1714.              1 5 6    3 8 4    4 3 8    5 3 4    5 4 6    6 5 4
  1715.              2 3 4    5 7 6    6 5 7    8 0 1    8 1 9    9 8 1
  1716.  
  1717.   In addition, with version C, we get a second matrix for 219.
  1718.  
  1719.      2 1 9     8 7 6
  1720.      4 3 8 ==> 0 9 5
  1721.      6 5 7     3 1 4
  1722.  
  1723. Base 11:   (A, B, etc. represent 10, 11, etc..)
  1724.   A, B, C: 18 solutions.  From now on, I'll only show the multiple matrix ones.
  1725.  
  1726.   A:  5 A 1     0 9 2    6 7 4     2 3 8
  1727.       0 9 2 ==> 6 8 3    2 3 8 ==> 9 0 1
  1728.       6 8 3     1 7 4    9 0 1     4 7 5
  1729.  
  1730.   B:  9 3 4     5 A 1
  1731.       7 6 8 ==> 0 9 2
  1732.       5 A 1     6 8 3
  1733.  
  1734.   C:  8 9 1     2 3 4
  1735.       6 7 2 ==> 0 1 5
  1736.       4 5 3     8 A 6
  1737.  
  1738.   (Note that the B solution ends in an A solution matrix!)
  1739.  
  1740. Base 12:   19 solutions
  1741.  
  1742.   A:  7 3 4     2 6 8
  1743.       2 6 8 ==> 9 A 0
  1744.       9 A 0     5 1 4
  1745.  
  1746.   B:  None
  1747.  
  1748.   C:  3 5 7     1 A 4
  1749.       6 B 2 ==> 5 3 B
  1750.       A 4 9     8 9 6
  1751.  
  1752. Base 13:   71 solutions...and it rapidly increases from here....
  1753.  
  1754. The number of solutions rises rapidly, as we might expect, as the more possible
  1755. values for digits there are in the base, the more likely the set of 9 will be
  1756. distinct.  If we look at solutions which only involve the digits 1-9, then the
  1757. following is a list of all solutions (for all bases):
  1758.  
  1759. Base 10:  1 9 2    2 1 9    2 7 3    3 2 7
  1760.           3 8 4    4 3 8    5 4 6    6 5 4
  1761.           5 7 6    6 5 7    8 1 9    9 8 1
  1762.  
  1763. Base 11:  7 8 3    8 4 6    8 9 1
  1764.           4 5 6    5 9 1    6 7 2
  1765.           1 2 9    3 2 7    4 5 3
  1766.  
  1767. (Tested all cases until base 17.  After that, no solution can involve a carry.
  1768. But there are no solutions without carries.  So, no more solutions.)
  1769.  
  1770. I hope this is of some interest.
  1771.  
  1772. Cheers,
  1773. Geoff.
  1774.  
  1775. -------------------------------------------------------------------------------
  1776. Geoff Bailey (Fred the Wonder Worm)   |   Programmer by trade --
  1777. ftww@cs.su.oz.au                      |       Gameplayer by vocation.
  1778. -------------------------------------------------------------------------------
  1779.  
  1780.  
  1781. -------------------------
  1782.  
  1783.  
  1784. > Ref:  Your note of Mon, 19 Oct 92 22:24:47 EST
  1785. >
  1786. > Where are you from?
  1787.  
  1788. Whoops, knew I forgot to put something in.  I'm currently a student at the
  1789. University of Sydney (Australia), doing Computer Science (Honours).
  1790.  
  1791. Cheers,
  1792. Geoff.
  1793.  
  1794. -------------------------------------------------------------------------------
  1795. Geoff Bailey (Fred the Wonder Worm)   |   Programmer by trade --
  1796. ftww@cs.su.oz.au                      |       Gameplayer by vocation.
  1797. -------------------------------------------------------------------------------
  1798.  
  1799.  
  1800. -------------------------
  1801.  
  1802.  
  1803. By the way, I tried searching for analogous solutions for other sizes and other
  1804. bases.  So the new problems become:
  1805.  
  1806. Consider an n by n matrix containing the 'digits' from 1 to n^2 in a base b,
  1807. where b > n^2.  The i'th row of the matrix consists of the last n 'digits' of
  1808. i*(first row).  The versions differ in how succeeding matrices may be
  1809. constructed.  Let f be the first row.
  1810.  
  1811. Version A:  The next matrix has rows with 2*f, 3*f, ... , (n+1)*f
  1812.            The j'th matrix has rows j*f, (j+1)*f, ... , (n+1-j)*f
  1813.  
  1814. Version B:  The next matrix has rows with n*f, 2*n*f, ... , n*n*f
  1815.            The j'th matrix has rows (n^(j-1))*f, 2*(n^(j-1))*f, .... , (n^j)*f
  1816.  
  1817. Version C:  The next matrix has rows with (n+1)*f, (n+2)*f, ... , 2*n*f
  1818.            The j'th matrix has rows (1+n*(j-1))*f, (2+n*(j-1))*f, ..., j*n*f
  1819.  
  1820. Basically these are analogies of the three versions I wrote to you about
  1821. before.  The results I get are:
  1822.  
  1823. n: 1    base: any above 1
  1824.  
  1825.     A, B, C:     1
  1826.  
  1827. n: 2    base: 5
  1828.  
  1829.     A, B, C:      3  2             4  1
  1830.                   1  4             3  2
  1831.  
  1832.     In case B, the second one extends:
  1833.  
  1834.                   4  1 ==> 3  2
  1835.                   3  2     1  4
  1836.  
  1837.     In case C, the second one also extends:
  1838.  
  1839.                   4  1 ==> 2  3
  1840.                   3  2     1  4
  1841.  
  1842.         base: 6
  1843.  
  1844.     A, B, C:      1  4             3  4
  1845.                   3  2             1  2
  1846.  
  1847.   Note that the only solution to the first problem (no overflow allowed) is
  1848.                   1  4     (in base 6)
  1849.                   3  2
  1850.  
  1851. n: 3    base: 10
  1852.  
  1853.     A, B, C:  1  9  2     2  1  9     2  7  3     3  2  7
  1854.               3  8  4     4  3  8     5  4  6     6  5  4
  1855.               5  7  6     6  5  7     8  1  9     9  8  1
  1856.  
  1857.         base: 11
  1858.  
  1859.     A, B, C:  7  8  3     8  4  6     8  9  1
  1860.               4  5  6     5  9  1     6  7  2
  1861. ^S^Q^S              1  2  9     3  2  7     4  5  3
  1862.  
  1863.   Note the base 10 solutions all solve the first problem, while none of the
  1864.   base 11 solutions do, and there is no second matrix for any of them.
  1865.  
  1866. n: 4    base: 18
  1867.  
  1868.     A, B, C:  1 15 14  4    1 15 16  2    2  1 15 16    2  3 13 16
  1869.               3 13 10  8    3 13 14  4    4  3 13 14    4  7  9 14
  1870.               5 11  6 12    5 11 12  6    6  5 11 12    6 11  5 12
  1871.               7  9  2 16    7  9 10  8    8  7  9 10    8 15  1 10
  1872.  
  1873.  
  1874.               3 13 14  4    3 13 16  2    4  1 15 14    4  3 13 14
  1875.               7  9 10  8    7  9 14  4    8  3 13 10    8  7  9 10
  1876.              11  5  6 12   11  5 12  6   12  5 11  6   12 11  5  6
  1877.              15  1  2 16   15  1 10  8   16  7  9  2   16 15  1  2
  1878.  
  1879.  
  1880.     In case C, two of them extend:
  1881.  
  1882.    1 15 16  2      9  7  8 10      2  1 15 16     10  9  7  8
  1883.    3 13 14  4 ==> 11  5  6 12      4  3 13 14 ==> 12 11  5  6
  1884.    5 11 12  6     13  3  4 14      6  5 11 12     14 13  3  4
  1885.    7  9 10  8     15  1  2 16      8  7  9 10     16 15  1  2
  1886.  
  1887.   Note all of these solutions solve the first problem (no overflow).
  1888.  
  1889. Unfortunately, my algorithm is O((n!)^2), so any results for n = 5 are not
  1890. going to be forthcoming soon.
  1891.  
  1892. Cheers,
  1893. Geoff.
  1894.  
  1895. -------------------------------------------------------------------------------
  1896. Geoff Bailey (Fred the Wonder Worm)   |   Programmer by trade --
  1897. ftww@cs.su.oz.au                      |       Gameplayer by vocation.
  1898. -------------------------------------------------------------------------------
  1899.  
  1900.  
  1901.  
  1902. ==> pickover/pickover.08.p <==
  1903. ~Title: Cliff Puzzle 8: Squares and Squares and Squares ....
  1904. ~From: cliff@watson.ibm.com
  1905.  
  1906. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  1907. address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  1908. you provide unique information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of
  1909. your response in addition to any responding you do in the newsgroup.  I
  1910. will assume it is OK to describe your answer in any article or
  1911. publication I may write in the future, with attribution to you, unless
  1912. you state otherwise.  Thanks, Cliff Pickover
  1913.  
  1914. * * *
  1915.  
  1916. 1.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  1917. square when the leading 1 is replaced by a 2?
  1918.  
  1919. In other words, if x**2 = 1.........., is there a y**2 = 2.........  ?
  1920.  
  1921. 2.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  1922. square when the leading 1 is replaced by a 2 and also remains a square
  1923. when the leading digit is replaced by a 3?
  1924.  
  1925. 3.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  1926. square when the leading 1 is replaced by a 2, and also remains a square
  1927. ^Q^S^Qwhen the leading digit is replaced by a 3, and also remains a square
  1928. when the leading digit is replaced by a 4?
  1929.  
  1930. ==> pickover/pickover.08.s <==
  1931. -------------------------
  1932.  
  1933.  
  1934. > 1.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  1935. > square when the leading 1 is replaced by a 2?
  1936. >
  1937.     11025 ( 105 * 105 )      ----       21025 ( 145 * 145 )
  1938.  
  1939. >
  1940. > 2.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  1941. > square when the leading 1 is replaced by a 2 and also remains a square
  1942. > when the leading digit is replaced by a 3?
  1943. >
  1944.     No solution till 1,000,000,000.
  1945.  
  1946. > 3.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  1947. > square when the leading 1 is replaced by a 2, and also remains a square
  1948. > when the leading digit is replaced by a 3, and also remains a square
  1949. > when the leading digit is replaced by a 4?
  1950. >
  1951. >
  1952.    No solution till 1,000,000,000.
  1953.  
  1954.  
  1955. The property that you are looking for ( however with different leading
  1956.  
  1957. digits ) is owned by the following numbers.
  1958.  
  1959.  
  1960. 2025    3025
  1961. -------------
  1962. 11025   21025
  1963. 57600   67600
  1964. ---------------
  1965. 202500   302500
  1966. 342225   442225
  1967. ------------------
  1968. 1102500   2102500
  1969. 3515625   4515625
  1970. 5760000   6760000
  1971. -------------------
  1972. 11390625   21390625
  1973. 20250000   30250000
  1974. 34222500   44222500
  1975. ----------------------
  1976. 110250000     210250000
  1977. 196700625     296700625
  1978. 351562500     451562500
  1979. 576000000     676000000
  1980. -------------------------
  1981.  
  1982. This is probably of no use to you, but, anyway.
  1983.  
  1984. -------------------------
  1985.  
  1986. In article <1992Oct20.184149.51596@watson.ibm.com> you write:
  1987. >Title: Cliff Puzzle 8: Squares and Squares and Squares ....
  1988. >1.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  1989. >square when the leading 1 is replaced by a 2?
  1990.  
  1991. >In other words, if x**2 = 1.........., is there a y**2 = 2.........  ?
  1992.  
  1993. (Isn't this first part an old puzzle?)
  1994.  
  1995. 105^2=11025; 145^2=21025.  In general we want 10^k=(y-x)(y+x) and
  1996. 1.5 < (y/x)^2 < 2.  Thus y+x and y-x must be factors of 10^k of
  1997. the same parity whose ratio is between 5.828... and 9.899...
  1998. (these are (t+1)/(t-1) for t^2=2 and 1.5 respectively).  The
  1999. smallest solution (x,y)=(105,145) corresponds to the factorization
  2000. 10^4=40*250; gp/pari's "fordiv" function allows one to easily list
  2001. all primitive solutions [i.e. not obtained from a smaller solution
  2002. by multiplying x,y by the same power of 10] with x^2 and y^2 each
  2003. having at most (say) 50 digits:
  2004.  
  2005. [x,y]=
  2006.  
  2007. [145, 105]
  2008. [17225, 14025]
  2009. [454625, 326625]
  2010. [53948125, 43708125]
  2011. [1425503125, 1015903125]
  2012. [168971890625, 136203890625]
  2013. [529265958203125, 424408358203125]
  2014. [1657888279384765625, 1322343959384765625]
  2015. [5193483785077392578125, 4119741961077392578125]
  2016.  
  2017. In fact it can be seen that the primitive solutions correspond to
  2018. integer linear combinations of log(2) and log(5) lying in a certain
  2019. fixed interval (determined by the bounds 5.828... and 9.899...),
  2020. which probably explains the regular growth of this list.
  2021.  
  2022. >2.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  2023. >square when the leading 1 is replaced by a 2 and also remains a square
  2024. >when the leading digit is replaced by a 3?
  2025.  
  2026. There is no such beast, since the three squares would constitute an
  2027. arithmetic progression of integer squares of common difference 10^k,
  2028. and so give an A.P. of 3 rational squares of common difference 1 or 10 ---
  2029. which is known to be impossible by a "2-descent" argument (the case of
  2030. common difference 1 is already due to Fermat).  [We were lucky here:
  2031. in a different number system this argument might fail; for instance the
  2032. squares of 7/2, 17/2, 23/2 are an A.P. of common difference 60, the
  2033. sexagesimal base.  (Some numerology: 7,17,23 are the first three primes
  2034. of which 2 is a quadratic residue.)  Still, given the base b, the general
  2035. theory of elliptic curves indicates that the rational solutions of
  2036. Y^2-X^2=Z^2-X^2=b are rather sparsely distributed (the number of d-digit
  2037. solutions growing as some power of d), and the extra condition that they
  2038. arise by changing only the initial digits of three integer squares is
  2039. strong enough to ensure that there are at most finitely many solutions;
  2040. with yet more powerful methods one can even provably list them all.]
  2041.  
  2042. >3.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  2043. >square when the leading 1 is replaced by a 2, and also remains a square
  2044. ^S^Q^S^Q^S>when the leading digit is replaced by a 3, and also remains a square
  2045. >when the leading digit is replaced by a 4?
  2046.  
  2047. Of course the above solution to part 2 also disposes of this part;
  2048. alternatively I could apeal to another classic result of Fermat:
  2049. there is no 4-term A.P. of rational squares.
  2050.  
  2051. My question: why all the blank spaces at the end of every line?
  2052.  
  2053. --Noam D. Elkies (elkies@zariski.harvard.edu)
  2054.   Dept. of Math., Harvard Univ., Cambridge, MA 02138
  2055. -------------------------
  2056.  
  2057. I dunno the direct answer to your squares problem.  I do know,
  2058. however, that phi (from the Golden Ratio--approx 0.61), which is
  2059. defined as the number x such that  x + 1 = x^2.  It just so happens
  2060. that phi+1 and (phi+1)^2 differ by only 1.  (1.61 and 2.61)  The
  2061. rest of the digits are the SAME!  Phi = (Sqrt(5)-1)/2.
  2062.  
  2063. Phi+1 = (Sqrt(5)+1)/2    phi+2 = (Sqrt(5)+3)/2
  2064. (Phi+1)^2= (5+2*Sqrt(5)*1+1)/4 = (2*Sqrt(x)+6)/4 = (Sqrt(x) + 3)/2
  2065.  
  2066. Notice how that all works out?  Perhaps this property will bring you
  2067. closer to an answer.  I just sent you all my personal data in
  2068. a previous letter concerning your 123 problem.  Let me know
  2069. what you think of this approach, ok?  Thanks in advance!
  2070.  
  2071. --Joseph Zbiciak  im14u2c@camelot.bradley.edu
  2072.  
  2073.  
  2074. -------------------------
  2075.  
  2076. In article <1992Oct20.184149.51596@watson.ibm.com> you write:
  2077. : 2.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  2078. : square when the leading 1 is replaced by a 2 and also remains a square
  2079. : when the leading digit is replaced by a 3?
  2080.  
  2081. This is not possible.  One of these numbers would leave a remainder
  2082. of 2 when divided by 3, and no square is congruent to 2 modulo 3.
  2083.  
  2084. --
  2085. David Radcliffe
  2086. radcliff@csd4.csd.uwm.edu
  2087. -------------------------
  2088.  
  2089.  
  2090. In article <1992Oct20.184149.51596@watson.ibm.com> you write:
  2091. : 1.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  2092. : square when the leading 1 is replaced by a 2?
  2093.  
  2094. 11025.  I found, by hand, all integral solutions to
  2095. (x+y)(x-y) = 10000.  The solution (145,105) is the only
  2096. one with 10000 < y^2 < 20000.
  2097.  
  2098. You have permission to use my solution, but not my name.
  2099.  
  2100. --
  2101. David Radcliffe
  2102. radcliff@csd4.csd.uwm.edu
  2103. -------------------------
  2104.  
  2105. Well, as a previous poster already mentioned on Rec.puzzles, there are only 4
  2106. solutions to the initial problem. They are 192, 219, 293, and 327. None of
  2107. these solutions can be connected to others as in part 2 of your problem.
  2108.  
  2109. I first extended the problem to allow any multipliers. So the second row must
  2110. be some multiple of the first and the third some other multiple of the first.
  2111. I found 19 solutions to this problem. However, there is still no way to chain
  2112. a second solution to the first.
  2113.  
  2114. Then I allowed 0s. Now there are 134 solutions. There are also 17 2-chains.
  2115. There are two 3-chains which I will list here:
  2116.     192     394
  2117. *2= 384 *3=1182
  2118. *3= 576 *4=1576
  2119. *7=4032  now the same as the other solution.
  2120. *9=5184
  2121. *4= 736
  2122. *5= 920
  2123.  
  2124. I will be more than happy to send you all 134 solutions if you really want
  2125. them! I also have Pascal source code.
  2126.  
  2127. Comments on some of your other problems will follow.
  2128.  
  2129. Dan Cory
  2130. Senior, Stanford
  2131.  
  2132. perm. address:
  2133. 55 Cedar St.
  2134. Chapel Hill, NC 27514
  2135.  
  2136. school address:
  2137. PO Box 13113
  2138. Stanford, CA 94309
  2139.  
  2140. Should you use any of my results, please send a copy of the work to the
  2141. ^Qpermanent address above.
  2142. -------------------------
  2143.  
  2144.  
  2145. In article <1992Oct20.184149.51596@watson.ibm.com>, you write:
  2146. |> Title: Cliff Puzzle 8: Squares and Squares and Squares ....
  2147. |> 1.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  2148. |> square when the leading 1 is replaced by a 2?
  2149.  
  2150. 11025 = 105^2, 21025 = 145^2.
  2151.  
  2152. ^S|> 2.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  2153. |> square when the leading 1 is replaced by a 2 and also remains a square
  2154. |> when the leading digit is replaced by a 3?
  2155. |>
  2156. |> 3.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  2157. |> square when the leading 1 is replaced by a 2, and also remains a square
  2158. |> when the leading digit is replaced by a 3, and also remains a square
  2159. |> when the leading digit is replaced by a 4?
  2160.  
  2161. These two cases never occur.
  2162.  
  2163. Proof: (This was a LOT harder than I thought it would be when I started!)
  2164. The original problem can be reduced to:
  2165.  "Find positive integers x,y,n such that
  2166.     y^2-x^2 = 10^n  and  10^n < x^2 < 2*10^n." [1]
  2167.  
  2168. The second problem amounts to finding x,y,z,n which meet the above
  2169. conditions, plus z^2-y^2=10^n.
  2170.  
  2171. For the second problem, look at the set of solutions to
  2172.   z^2-y^2 = 10^n,  2*10^n < y^2 < 3*10^n.  [2]
  2173.  
  2174. A solution to the second problem consists of x,y,z,n, where x,y,n solve
  2175. the original problem and y,z,n solve the above system.
  2176.  
  2177. The first equation in [1] can be factored into (y-x)(y+x) = 10^n = 2^n * 5^n.
  2178. Similarly (z-y)(z+y) = 10^n.  Since x,y,z are integers, we must have
  2179. y+x = 2^a * 5^b,  y-x = 2^(n-a) * 5^(n-b)
  2180. z+y = 2^c * 5^d,  z-y = 2^(n-c) * 5^(n-d)
  2181. where a,b,c,d are integers.  When a=c and b=d, y+x = z+y and y-x = z-y,
  2182. which leads to a contradiction.
  2183.  
  2184. Then 2y = 2^a * 5^b + 2^(n-a) * 5^(n-b) = 2^c * 5^d + 2^(n-c) * 5^(n-d)
  2185. However, in the last equality above, divide both sides by 2^f, where f is
  2186. the smallest of a, c, n-a, and n-c. The result is:
  2187.  
  2188. 2^(a-f) * 5^b + 2^(n-a-f) * 5^(n-b) = 2^(c-f) * 5^d + 2^(n-c-f) * 5^(n-d)   [3]
  2189.  
  2190. Now, at least one of the four products above is a product of only 5's, and
  2191. is odd.  Only one is odd unless a=c, 2a=n, or 2c=n.
  2192.     If a=c, then either b=d (contradiction) or z+y is at least
  2193.   a factor of 5 larger than y+x.  However, considering
  2194.     sqrt(3)*sqrt(10^n) < z < 2*sqrt(10^n)
  2195.     sqrt(2)*sqrt(10^n) < y < sqrt(3)*sqrt(10^n)
  2196.             sqrt(10^n) < x < sqrt(2)*sqrt(10^n)
  2197.   we have:
  2198.     (sqrt(3)+sqrt(2))*sqrt(10^n) < z+y <       (2+sqrt(3))*sqrt(10^n)
  2199.           (1+sqrt(2))*sqrt(10^n) < y+x < (sqrt(3)+sqrt(2))*sqrt(10^n)
  2200. ^Q^S^Q^S^Q  and then (z+y)/(y+x) < (2+sqrt(3))/(1+sqrt(2)) < 5.
  2201.     If a exactly equals n/2:
  2202.   In the case that b=a=n/2, y+x = y-x, so x=0 (not possible).
  2203.   If b<n/2, y-x>y+x, but we want x to be positive, so b>n/2.  Since b and
  2204.   n/2 are integers (remember n/2=a), b-(n-b) >= 2, and (y+x)/(y-x) >= 25.
  2205.   This gives     (y+x) >= 25(y-x),
  2206.         (y+x+y-x) = 2y >= 26(y-x),
  2207.                      y >= 13y-13x,
  2208.                    13x >= 12y,
  2209.                    x/y >= 12/13
  2210.                x^2/y^2 >= 144/169
  2211.  
  2212.   However, we know 10^n < x^2 < 2*10^n, and y^2 = x^2 + 10^n, so x^2/y^2
  2213.   varies between 1/2 and 2/3, and cannot be greater than 144/169.
  2214.     Similarly, when c=n/2, the same argument applies, and in the final step
  2215.   we know y^2/z^2 varies between 2/3 and 3/4.
  2216. Finally, we've eliminated all cases where more than one of the terms in [3]
  2217. is odd.  With exactly one term odd, we have odd=even, a contradiction,
  2218. so there is no solution.
  2219.  
  2220. --
  2221. ----w-w--------------Joseph  De Vincentis--jwd2@owlnet.rice.edu----------------
  2222.    ( ^ )   Disclaimer: My opinions do not represent those of Owlnet.
  2223.    (O O)   Owlnet: George R. Brown School of Engineering Educational Network.
  2224.     v-v    (Unauthorized use is prohibited.)  (Being uwop-ap!sdn is allowed.)
  2225. -------------------------
  2226.  
  2227.  
  2228. G'day Cliff!
  2229.  
  2230. > * * *
  2231. >
  2232. > 1.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  2233. > square when the leading 1 is replaced by a 2?
  2234. >
  2235. > In other words, if x**2 = 1.........., is there a y**2 = 2.........  ?
  2236.  
  2237. The smallest I could find was 105**2 = 11025
  2238.                               145**2 = 21025
  2239.  
  2240. Indeed, an exhaustive search shows that this is the smallest.
  2241.  
  2242. The other pairs I found (after a few minutes playing with pen and paper - I
  2243. could probably write a program to generate them ad nauseum, but I've got a
  2244. draft thesis to write...) were:
  2245.  
  2246.     3375**2 = 11390625,       4625**2 = 21390625
  2247. ^S^Q^S^Q   14025**2 = 196700625,     17225**2 = 296700625
  2248.   326625**2 = 106683890625, 454625**2 = 206683890625
  2249.  
  2250. I don't know what pattern there is in them.  Of course, if x is a solution,
  2251. then so is 10*x.  So these give solutions for 1050*1050 = 1102500, etc.
  2252.  
  2253. > 2.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  2254. > square when the leading 1 is replaced by a 2 and also remains a square
  2255. > when the leading digit is replaced by a 3?
  2256. >
  2257. > 3.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  2258. > square when the leading 1 is replaced by a 2, and also remains a square
  2259. > when the leading digit is replaced by a 3, and also remains a square
  2260. > when the leading digit is replaced by a 4?
  2261.  
  2262. I'll answer part 3 first.  If such a square exists, then observe that we have
  2263. 4 squares in arithmetic progression (common difference a power of 10).  There
  2264. is a well known theorem that there is no set of four squares in arithmetic
  2265. progression, so there is no solution to part 3.
  2266.  
  2267. Now, for part 2.  We have 3 squares in arithmetic progression.  Another well
  2268. known (and not too hard to derive) theorem states that for three squares in
  2269. arithmetic progression, their common difference is of the form:
  2270.  
  2271. D = 4 * K^2 * m * n * (m^2 - n^2) = 4 * K^2 * m * n * (m + n) * (m - n)
  2272.  
  2273. Now, this value is a power of 10.  So the only primes in its factorisation are
  2274. 2 and 5.  Hence neither m nor n is divisible by 3.  So (m^2 - n^2) is
  2275. divisible by 3.  Hence a power of 10 is divisible by 3.  Contradiction.  So
  2276. now such set of three squares exist (which also proves part 3).
  2277.  
  2278. Cheers,
  2279. Geoff.
  2280.  
  2281. PS: I assume you still have whatever details of mine you care about.
  2282.  
  2283. -------------------------------------------------------------------------------
  2284. Geoff Bailey (Fred the Wonder Worm)   |   Programmer by trade --
  2285. ftww@cs.su.oz.au                      |       Gameplayer by vocation.
  2286. ^S-------------------------------------------------------------------------------
  2287.  
  2288.  
  2289. -------------------------
  2290.  
  2291. Here is the solution I just posted to rec.puzzles. Note that I changed my mind
  2292. on this puzzle!
  2293.  
  2294. Dan Cory
  2295. Senior, Stanford
  2296. PO Box 13113
  2297. Stanford, CA 94309
  2298. ypay@leland.stanford.edu
  2299.  
  2300. ~Newsgroups: rec.puzzles
  2301. ~Subject: Re: Cliff Puzzle 8: Squares and Squares ... (SPOILER)
  2302. Approved: news-answers-request@MIT.Edu
  2303. Summary: solutions to part 1, no solutions to parts 2 or 3
  2304. Expires:
  2305. ~References: <1992Oct20.184149.51596@watson.ibm.com>
  2306. ~Sender:
  2307. Followup-To:
  2308. ^QDistribution:
  2309. Organization: DSG, Stanford University, CA 94305, USA
  2310. Keywords: squares, cliff, 8, gcd
  2311.  
  2312. In article <1992Oct20.184149.51596@watson.ibm.com> cliff@watson.ibm.com (cliff)
  2313. >1.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  2314. >square when the leading 1 is replaced by a 2?
  2315. >In other words, if x**2 = 1.........., is there a y**2 = 2.........  ?
  2316.  
  2317. We write this condition as the following equations with x,y,a integers:
  2318. y^2-x^2=10^a
  2319. 1*10^a<=x^2<=2*10^a
  2320. 2*10^a<=y^2<=3*10^a
  2321. We factor the first equation:
  2322. (y-x)(y+x)=10^a.
  2323. Let u=x+y. Then 10^a/u=x-y. Since x+y>x-y, u>10^a/u so u>10^(a/2)
  2324. Then x=(u-10^a/u)/2 and y=(u+10^a/u)/2.
  2325.  
  2326. Subsitute these equations into the inequalities above.
  2327. For x we get:
  2328. 10^a<=((u-10^a/u)/2)^2<=2*10^a
  2329. Take the square root of both (all three?) sides:
  2330. 10^(a/2)<=(u-10^a/u)/2<=sqrt(2)*10^(a/2)
  2331. Multiply through by 2 and divide through by 10^(a/2).
  2332. 2<=u/10^(a/2)-10^(a/2)/u<=2*sqrt(2)
  2333. Let v=u/10^(a/2). So v>1. Then:
  2334. 2<=v-1/v<=2*sqrt(2).
  2335.  
  2336. We solve these two inequalities. First the left:
  2337. v-1/v>=2
  2338. v^2-2v-1>=0
  2339. v>=(1+sqrt(2)) or v<=(1-sqrt(2)).
  2340. v-1/v<=2*sqrt(2)
  2341. v>=(sqrt(2)+sqrt(3)) or v<=(sqrt(2)-sqrt(3)).
  2342. Since v>1, we drop the negative solutions and find:
  2343. 1+sqrt(2) <= v <= sqrt(2)+sqrt(3).
  2344. or
  2345. 1+sqrt(2) <= u/10^(a/2) <= sqrt(2)+sqrt(3).
  2346.  
  2347. We can do the same for y but we will find the same restriction on u.
  2348.  
  2349. Now we remember that u|10^a (u divides 10^a). Therefore u must be a power of
  2350. 2 times a power of 5. Let u=5^b*2^c with b,c integers less than or equal to a.
  2351. Since we are going to divide it by 2, we must have c>=1.
  2352. Then we need to find a,b,c such that:
  2353. 1+sqrt(2) <= 5^b*2^c/10^(a/2) <= sqrt(2)+sqrt(3)
  2354. These will give us u which will in turn determine x and y.
  2355. So take the log base 10 of all three sides. Since log is increasing, we do not
  2356. change the direction of inequality. Thus:
  2357. log(1+sqrt(2)) <= b*log(5)+c*log(2)-a/2 <= log(sqrt(2)+sqrt(3))
  2358. Multiply through by 2:
  2359. 2*log(1+sqrt(2)) <= 2*b*log(5)+2*c*log(2)-a <= 2*log(sqrt(2)+sqrt(3))
  2360.  
  2361. If we approximate log(5) and log(2), this is sort of a Diophantine equation.
  2362. Since log(5) is very very close to 0.7 and log(2) is very very close to 0.3,
  2363. our approximations will be okay to find low solutions. If we want big solutions
  2364. then we need to use better convergents. We can calculate the boundary logs
  2365. as accurately as necessary. So:
  2366. 0.77 <= 7/5*b+3/5*c-a <= 0.99
  2367. Multiply through by 5:
  2368. 3.8 <= 7*b+3*c-5*a <= 4.9
  2369. So we must find a,b,c such that 7*b+3*c-5*a = 4, with a>b>=0 and a>=c>0.
  2370. There are many good ways to solve this but we will just pick a small solution.
  2371. b=3, c=1, a=4 (7*3+3-5*4=21+3-20=4)
  2372. Then u=5^3*2^1=250.
  2373. So y+x=250 and y-x=10^a/u=10^4/250=40.
  2374. Then y=145 and x=105.
  2375. y^2=21025 and x^2=11025.
  2376.  
  2377. This is, in fact, the smallest solution (it is easy to show that there is no
  2378. solution to the 7*b+3*c-5*a with a<4 and a>b>=0,a>=c>0).
  2379.  
  2380. >2.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  2381. >square when the leading 1 is replaced by a 2 and also remains a square
  2382. >when the leading digit is replaced by a 3?
  2383.  
  2384. We note from above that y=(5^b*2^c+10^a/(5^b*2^c)/2 or
  2385. 2y=5^b*2^c+5^(a-b)*2^(a-c).
  2386.  
  2387. Should we now repeat the problem for a square with leading digit 2 that is
  2388. replaced by a 3, everything is the same except that y is now the smaller of the
  2389. pair. Thus:
  2390. 2y=5^B*2^C-5^(a-B)*2^(a-C)
  2391. where B and C are different from b and c above but a is necessarily the same
  2392. (since we want the difference to be the same power of 10 for each transition).
  2393.  
  2394. Combining the two we get:
  2395. 5^b*5^c+5^(a-b)*2^(a-b)=5^B*2^C-5^(a-B)*2^(a-C).
  2396. The proof that this has no solutions is too small to fit in the margin of this
  2397. posting.
  2398.  
  2399. >3.  What is the smallest square with leading digit 1 which remains a
  2400. >square when the leading 1 is replaced by a 2, and also remains a square
  2401. ^S^Q^S^Q>when the leading digit is replaced by a 3, and also remains a square
  2402. >when the leading digit is replaced by a 4?
  2403. There is no solution since there is no solution to part 2.
  2404.  
  2405. Dan Cory
  2406.  
  2407.  
  2408. ==> pickover/pickover.09.p <==
  2409. ~Title: Cliff Puzzle 9: 3-Atoms and Growth
  2410. ~From: cliff@watson.ibm.com
  2411.  
  2412. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  2413. address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  2414. you provide unique information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of
  2415. your response in addition to any responding you do in the newsgroup.  I
  2416. will assume it is OK to describe your answer in any article or
  2417. publication I may write in the future, with attribution to you, unless
  2418. you state otherwise.  Thanks, Cliff Pickover
  2419.  
  2420.       * * *
  2421.  
  2422.     Start with 3 digits: 1, 2, and 3.
  2423. Each succeding row repeats the previous three rows, in order,
  2424. as you can see from the following diagram.
  2425.  
  2426. 1
  2427. 2
  2428. 3
  2429. 123
  2430. 23123
  2431. 312323123
  2432. 12323123312323123
  2433. 2312331232312312323123312323123
  2434.  
  2435. 1. What is the sum of digits in the 100th row?
  2436.  
  2437. 2. Get rid of all the twos.  Here I've replaced each of them with a "."
  2438.  
  2439. 1
  2440. ..
  2441. 3
  2442. 1.3
  2443. .31.3
  2444. 31.3.31.3
  2445. 1.3.31.331.3.31.3
  2446. .31.331.3.31.31.3.31.331.3.31.3
  2447.  
  2448. In the last row of this diagram, there are three different species:  31,
  2449. 331 and 3.  How many different species are there in row 30?
  2450.  
  2451. 3.  When the sequence first hits a three, it now undergoes an enzymatic
  2452. cleavage, and the digits on the right of the 3 are swapped with the
  2453. digits on the left.
  2454.  
  2455. 1
  2456. 2
  2457. 3
  2458. 123
  2459. 23123 now becomes 12323
  2460. 312312323 now becomes 123123233
  2461. Now answer the question posed in question 2.
  2462.  
  2463. ==> pickover/pickover.09.s <==
  2464. -------------------------
  2465.  
  2466. ~Subject: Re: Cliff Puzzle 9: 3-Atoms and Growth (PARTIAL SPOILER)
  2467. ~Newsgroups: rec.puzzles
  2468. ~References: <1992Oct20.184304.37364@watson.ibm.com>
  2469.  
  2470. In article <1992Oct20.184304.37364@watson.ibm.com>, Cliff Pickover writes:
  2471.  
  2472. > Start with 3 digits: 1, 2, and 3.
  2473. ^S^Q^S> Each succeding row repeats the previous three rows, in order
  2474. > as you can see from the following diagram.
  2475. > 1
  2476. > 2
  2477. > 3
  2478. > 123
  2479. > 1. What is the sum of digits in the 100th row?
  2480.  
  2481. This one's easy.  You basically have a Tribonacci sequence with
  2482. the initial conditions S_1 = 1, S_2 = 2, S_3 = 3 and S_n = S_{n-1} +
  2483. S_{n-2} + S_{n-3} for n>3.  Thus, it's possible to find a closed
  2484. form of the type c_1*r_1^n + c_2*r_2^n + c_3*r_3^n.  Indeed, letting
  2485. T_i be the standard Tribonnaci sequence which has initial values
  2486. T_1 = 1, T_2 = 1, T_3 = 1 we can play a little game by noting the
  2487. T's go 1 1 1 3 5, and so by linearity S_i = ( T_i + T_{i+2} )/2, hence
  2488. S_100 = ( T_100 + T_102 )/2.
  2489. -------------------------
  2490.  
  2491.  
  2492. Dear Mr. Pickover,
  2493.  
  2494. I found your "123" problem interesting.  Here's the answers that I
  2495. came up with.  (Note: my personal info that you requested that I
  2496. include is at the end of the document.)
  2497.  
  2498. >      * * *
  2499.  
  2500.     >Start with 3 digits: 1, 2, and 3.
  2501. >Each succeding row repeats the previous three rows, in order,
  2502. >as you can see from the following diagram.
  2503.  
  2504. >1
  2505. >2
  2506. >3
  2507. >123
  2508. >23123
  2509. >312323123
  2510. >12323123312323123
  2511. >2312331232312312323123312323123
  2512.  
  2513. >1. What is the sum of digits in the 100th row?
  2514.  
  2515. Define an arithmetic series as follows:
  2516.  
  2517. (Note: Read a_1 as "a sub 1" and a_(n-1) as "a sub n-1".  I have
  2518. to do this because I can't use subscripts here.)
  2519.  
  2520.  a_1 = 1
  2521.  a_2 = 2
  2522.  a_3 = 3
  2523.  a_n = a_(n-3) + a_(n-2) + a_(n-1);  n>=4
  2524.  
  2525. The sum of each line is the sum of it's parts, so therefore, the
  2526. sum of each row is the sum of the previous three rows' sums.
  2527.  
  2528. a_30 = 45152016  (I wrote a simple basic program to calculate it.)
  2529.  
  2530. >2. Get rid of all the twos.  Here I've replaced each of them with a "."
  2531.  
  2532. >.31.3
  2533. >31.3.31.3
  2534. >1.3.31.331.3.31.3
  2535. >.31.331.3.31.31.3.31.331.3.31.3
  2536.  
  2537. >In the last row of this diagram, there are three different species:  31,
  2538. ^Q^S^Q>331 and 3.  How many different species are there in row 30?
  2539.  
  2540. First, let me show that no "new" species will develop, other than those
  2541. seen in the sample few lines above:
  2542.  
  2543.         First, notice that there are four unique species above:
  2544.         "1","3","31","331".  Next, notice that the first species
  2545.         on a line goes in cycles of 3.  (Remember how we're building
  2546.         successive rows.  The first row repeated on a line is the
  2547.         row three back.  Hence the repeating pattern.)  Also notice
  2548.         that the ends of the rows do not change, this time because
  2549.         the last row represented on the current row is the row
  2550.         directly previous (and hence, it ends the same.)
  2551.  
  2552.         Because we are building successive rows via concatination,
  2553.         then only locations within new rows where "new" species may
  2554.         be found ("new" meaning not seen in any previous rows) is
  2555.         where the ends of two rows meet in the new row.  Since we
  2556.         know that the "end" of each row is limited to ".3" and
  2557.         the "beginnings" of each row cycle through "31", "1", ".",
  2558.         the only possible combinations we can make are "331", "31",
  2559.         and "3".  Since we alreadly have seen these, it is now
  2560.         obvious that we will create no more new species.
  2561. ^S^Q
  2562. Next, let me show what species we WILL see:
  2563.  
  2564.         The species "3" is on the end of every line.  Therefore
  2565.         it will be in row 30.
  2566.  
  2567.         The species "31"  and the species "331" are both imbedded
  2568.         in a row previous to row 30.  Therefore they will be in
  2569.         row 30, because the "middle parts" of each row are
  2570.         duplicated down the list, not modified.
  2571.  
  2572.         The species "1" only shows up every third row.  It happens
  2573.         to occur on rows such that (Row #) mod 3 = 1.  Because
  2574.         30 mod 3=0, the species "1" will NOT occur in row 30.
  2575.  
  2576.         Hence, we have the three species "3","31","331" occuring
  2577.         in row 30.
  2578.  
  2579. >3.  When the sequence first hits a three, it now undergoes an enzymatic
  2580. >cleavage, and the digits on the right of the 3 are swapped with the
  2581. >digits on the left.
  2582.  
  2583. >1
  2584. >2
  2585. >3
  2586. >123
  2587. >23123 now becomes 12323
  2588. >312312323 now becomes 123123233
  2589. >Now answer the question posed in question 2.
  2590. I'm not taking the time to work this one out entirely.  It appears that
  2591. this algorithm forces 1's out in front all of the time, and keeps
  2592. appending 3's on the end of the row.  Hence, you'll see a proliferation
  2593. of species such as "3331","33331","333331", etc.  It also appears that
  2594. in row 30, you will have all the species from "3" , "31", "331","3331",
  2595. "33331", etc up to "33333333333333333333333331".  Now, I haven't
  2596. doublechecked my work here... I've been up all night, and am too
  2597. tired to double check my conjecture here.  But, I believe that I am
  2598. right, or at least on the right track.
  2599.  
  2600.  
  2601. I hope these answers help you.  I have two questions in return:
  2602. "Are you the 'pickover' responsible for many of the Fractint
  2603. fractal types?" and "Were my answers above even close?"  I apologize
  2604. if my answers seemed a little rough & non-formal at points.  I
  2605. hope you understand my explanation above.
  2606.  
  2607. Thanks for the mental workout.  I hope that this helps you, once again.
  2608.  
  2609. Hope to hear from you soon!
  2610.  
  2611. -- Joseph Zbiciak   im14u2c@camelot.bradley.edu
  2612.  
  2613. Here's that personal data to requested that I include:
  2614.  
  2615. I am Joseph Zbiciak, an Electrical/Computer Engineering Major at
  2616. Bradley University, Peoria, IL.   My current address is as follows:
  2617.  
  2618. Room 121, Heitz Hall
  2619. 912 N Elmwood,
  2620. Peoria, IL  61606
  2621.  
  2622. My e-mail address is im14u2c@camelot.bradley.edu.
  2623. Other info:  Year in school: Freshman,  DOB: 08/29/75
  2624.              Academic standing: good    Favorite toy: his computer
  2625.              Favorite hobby: spelunking through the internet looking
  2626.                                 for tidbits like this question here.
  2627.  
  2628. If you need any more information, let me know.
  2629. Note:  I did not post this on the nn yet.  Feel free to for me, however.
  2630.         Thanks!
  2631.  
  2632.  
  2633. --
  2634. -------------------------
  2635.  
  2636. |> 3.When the sequence first hits a three, it now undergoes an enzymatic
  2637. |> cleavage, and the digits on the right of the 3 are swapped with the
  2638. |> digits on the left.
  2639. |>
  2640. |> 1
  2641. |> 2
  2642. |> 3
  2643. |> 123
  2644. |> 23123 now becomes 12323
  2645. |> 312312323 now becomes 123123233
  2646.  
  2647. >From how I understand the descriptive rule I get:
  2648.  
  2649. 1
  2650. 2
  2651. 3
  2652. 123 becomes 312
  2653. 23123 becomes 12332
  2654. 331223123 becomes 312231233
  2655.  
  2656. >From your example it seems that the trailing 3 is not regarded as a
  2657. 'first' 3 (123 is not changed), nor is it regarded as a digit to be
  2658. swapped (as in the two other examples).
  2659. Is this how the rule should be interpreted?
  2660.  
  2661.  
  2662. And ... Keep up the good work, these are really good puzzles!!
  2663.  
  2664. --
  2665. stein.kulseth@nta.no (Norwegian Telecom Research)
  2666.  'When murders are committed by mathematics, they can be solved by
  2667.  mathematics. Most of them aren't, and this one wasn't'
  2668.  - Nick Charles (Dashiell Hammett's "The Thin Man")
  2669. -------------------------
  2670.  
  2671.  
  2672. Dear Dr. Pickover,
  2673.  
  2674. I found your "123" problem interesting.  Here's the answers that I
  2675. came up with.  (Note: my personal info that you requested that I
  2676. include is at the end of the document.)
  2677.  
  2678. >      * * *
  2679.  
  2680.     >Start with 3 digits: 1, 2, and 3.
  2681. >Each succeding row repeats the previous three rows, in order,
  2682. >as you can see from the following diagram.
  2683.  
  2684. >1
  2685. >2
  2686. >3
  2687. >123
  2688. >23123
  2689. >312323123
  2690. >12323123312323123
  2691. >2312331232312312323123312323123
  2692.  
  2693. >1. What is the sum of digits in the 100th row?
  2694.  
  2695. Define an arithmetic series as follows:
  2696.  
  2697. (Note: Read a_1 as "a sub 1" and a_(n-1) as "a sub n-1".  I have
  2698. ^S^Q^Sto do this because I can't use subscripts here.)
  2699.  
  2700.  a_1 = 1
  2701.  a_2 = 2
  2702.  a_3 = 3
  2703.  a_n = a_(n-3) + a_(n-2) + a_(n-1);  n>=4
  2704.  
  2705. The sum of each line is the sum of it's parts, so therefore, the
  2706. sum of each row is the sum of the previous three rows' sums.
  2707.  
  2708. a_30 = 45152016  (I wrote a simple basic program to calculate it.)
  2709.  
  2710. >2. Get rid of all the twos.  Here I've replaced each of them with a "."
  2711.  
  2712. >.31.3
  2713. >31.3.31.3
  2714. >1.3.31.331.3.31.3
  2715. >.31.331.3.31.31.3.31.331.3.31.3
  2716.  
  2717. >In the last row of this diagram, there are three different species:  31,
  2718. >331 and 3.  How many different species are there in row 30?
  2719.  
  2720. First, let me show that no "new" species will develop, other than those
  2721. seen in the sample few lines above:
  2722.  
  2723.         First, notice that there are four unique species above:
  2724.         "1","3","31","331".  Next, notice that the first species
  2725.         on a line goes in cycles of 3.  (Remember how we're building
  2726.         successive rows.  The first row repeated on a line is the
  2727.         row three back.  Hence the repeating pattern.)  Also notice
  2728.         that the ends of the rows do not change, this time because
  2729.         the last row represented on the current row is the row
  2730.         directly previous (and hence, it ends the same.)
  2731.  
  2732.         Because we are building successive rows via concatination,
  2733.         then only locations within new rows where "new" species may
  2734.         be found ("new" meaning not seen in any previous rows) is
  2735.         where the ends of two rows meet in the new row.  Since we
  2736.         know that the "end" of each row is limited to ".3" and
  2737.         the "beginnings" of each row cycle through "31", "1", ".",
  2738.         the only possible combinations we can make are "331", "31",
  2739.         and "3".  Since we alreadly have seen these, it is now
  2740.         obvious that we will create no more new species.
  2741.  
  2742. Next, let me show what species we WILL see:
  2743.  
  2744.         The species "3" is on the end of every line.  Therefore
  2745.         it will be in row 30.
  2746. ^Q^S^Q
  2747.         The species "31"  and the species "331" are both imbedded
  2748.         in a row previous to row 30.  Therefore they will be in
  2749.         row 30, because the "middle parts" of each row are
  2750.         duplicated down the list, not modified.
  2751.  
  2752.         The species "1" only shows up every third row.  It happens
  2753.         to occur on rows such that (Row #) mod 3 = 1.  Because
  2754.         30 mod 3=0, the species "1" will NOT occur in row 30.
  2755.  
  2756.         Hence, we have the three species "3","31","331" occuring
  2757.         in row 30.
  2758.  
  2759. >3.  When the sequence first hits a three, it now undergoes an enzymatic
  2760. >cleavage, and the digits on the right of the 3 are swapped with the
  2761. >digits on the left.
  2762.  
  2763. >1
  2764. >2
  2765. >3
  2766. >123
  2767. >23123 now becomes 12323
  2768. >312312323 now becomes 123123233
  2769. >Now answer the question posed in question 2.
  2770. I'm not taking the time to work this one out entirely.  It appears that
  2771. this algorithm forces 1's out in front all of the time, and keeps
  2772. appending 3's on the end of the row.  Hence, you'll see a proliferation
  2773. of species such as "3331","33331","333331", etc.  It also appears that
  2774.  
  2775. in row 30, you will have all the species from "3" , "31", "331","3331",
  2776. "33331", etc up to "33333333333333333333333331".  Now, I haven't
  2777. doublechecked my work here... I've been up all night, and am too
  2778. tired to double check my conjecture here.  But, I believe that I am
  2779. right, or at least on the right track.
  2780.  
  2781. Thanks for the mental workout.  I anxiously await more such puzzles!
  2782.  
  2783. Hope to hear from you soon!
  2784.  
  2785. -- Joseph Zbiciak   im14u2c@camelot.bradley.edu
  2786.  
  2787. Here's that personal data to requested that I include:
  2788.  
  2789. I am Joseph Zbiciak, an Electrical/Computer Engineering Major at
  2790. Bradley University, Peoria, IL.   My current address is as follows:
  2791.  
  2792. Room 121, Heitz Hall
  2793. B
  2794. 912 N Elmwood,
  2795. Peoria, IL  61606
  2796.  
  2797. My e-mail address is im14u2c@camelot.bradley.edu.
  2798. Other info:  Year in school: Freshman,  DOB: 08/29/75
  2799.              Academic standing: good    Favorite toy: his computer
  2800.              Favorite hobby: spelunking through the internet looking
  2801.                                 for tidbits like this question here.
  2802.  
  2803.  
  2804. ==> pickover/pickover.10.p <==
  2805. ~Title: Cliff Puzzle 10: The Ark Series
  2806. ~From: cliff@watson.ibm.com
  2807.  
  2808. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  2809. address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  2810. you provide unique information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of
  2811. your response in addition to any responding you do in the newsgroup.  I
  2812. will assume it is OK to describe your answer in any article or
  2813. publication I may write in the future, with attribution to you, unless
  2814. you state otherwise.  Thanks, Cliff Pickover
  2815.  
  2816.       * * *
  2817.  
  2818. 1.  Given a large ark containing 2 individuals of every animal species
  2819. in the world, what would be the approximate total weight of all the
  2820. organisms?  How would your answer differ if you included every plant,
  2821. bacterial, and fungal organism?
  2822.  
  2823. 2.  Assume that all other organisms on earth were dead except for those
  2824. on the ark in question 1, and that the animals were released 1000 years
  2825. ago.  What would you expect to be surviving today?  (Assume that, where
  2826. applicable, a male and female were used for each species.)
  2827.  
  2828. 3.  Assume that the year is 1992 and that it rained for 40 days, and the
  2829. ^S^Q^S^Q^S^Q^S^Q^S^Q^Srain covered all the land on the earth.  Further assume that the flood
  2830. waters receded to pre-flood days within several months.
  2831.  
  2832.    What would be the geopolitical changes as a result of the
  2833. temporary flood?
  2834.  
  2835.    What would be the ecological changes as a result of the
  2836. temporary flood?
  2837.  
  2838. ==> pickover/pickover.10.s <==
  2839. -------------------------
  2840.  
  2841. In article <1992Oct20.184354.165170@watson.ibm.com> you write:
  2842. |> Title: Cliff Puzzle 10: The Ark Series
  2843. |> From: cliff@watson.ibm.com
  2844. |>
  2845. [ lotsa lines deleted ]
  2846. |>
  2847. |> 2.  Assume that all other organisms on earth were dead except for those
  2848. |> on the ark in question 1, and that the animals were released 1000 years
  2849. |> ago.  What would you expect to be surviving today?  (Assume that, where
  2850.                                                                      ^^^^^^^
  2851.  
  2852. |> applicable, a male and female were used for each species.)
  2853.  
  2854. Were you thinking of parthenogenesis or something ???
  2855. |>
  2856. |> 3.  Assume that the year is 1992 and that it rained for 40 days, and the
  2857. |> rain covered all the land on the earth.  Further assume that the flood
  2858. |> waters receded to pre-flood days within several months.
  2859. |>
  2860. |>    What would be the geopolitical changes as a result of the
  2861. |> temporary flood?
  2862.  
  2863. Dunno about this but it's a safe bet that the Netherlands _wouldn't_ get floode
  2864. d
  2865. We've been blocking the sea out for hundreds of years, so we've more experience
  2866. at it than anyone else.
  2867. |>
  2868. |>    What would be the ecological changes as a result of the
  2869. |> temporary flood?
  2870.  
  2871. Andy.
  2872.  
  2873. Just my opinions, nobody else's, especially not Oracle's
  2874. -------------------------
  2875.  
  2876. > 1.  Given a large ark containing 2 individuals of every animal species
  2877. > in the world, what would be the approximate total weight of all the
  2878. > organisms?  How would your answer differ if you included every plant,
  2879. > bacterial, and fungal organism?
  2880.  
  2881. 1000 tons (guessed 10 million species with an average weight of 100 grams,
  2882. insects push this number down with their huge number of species).
  2883. No increase through bacteriae or fungi, but maybe with plants.
  2884. (You were unspecific:  All living species?)
  2885.  
  2886. > 2.  Assume that all other organisms on earth were dead except for those
  2887. > on the ark in question 1, and that the animals were released 1000 years
  2888. > ago.  What would you expect to be surviving today?  (Assume that, where
  2889. > applicable, a male and female were used for each species.)
  2890.  
  2891. None.  I think it's common knowledge with biologists that you need at least
  2892. ~50 individuals of a species to keep genetic health --- aside from the
  2893. problem of both a male and female baby surviving.
  2894.  
  2895. > 3.  Assume that the year is 1992 and that it rained for 40 days, and the
  2896. > rain covered all the land on the earth.  Further assume that the flood
  2897. > waters receded to pre-flood days within several months.
  2898.  
  2899. "Covers the land."  How deep?  To cover *all* land (Himalaya) evenly, you
  2900. need a depth of 9000 m in most regions, so the question is, how fast will
  2901. it rise?  Do we just have time to put some tins in the boat?  Most people
  2902. don't have one.  Most airplanes cannot land but maybe some of them swim.
  2903. One has to calculate the distribution of swimming things in usual locations.
  2904. For if people have to swim 500-1000 m in cold water to a beam, most will
  2905. drown.
  2906.  
  2907. >    What would be the geopolitical changes as a result of the
  2908. > temporary flood?
  2909.  
  2910. With the survival of at most 1 percent of the population there will be a
  2911. completely new beginning.  Don't know if they would make the same mistakes,
  2912. though.  Technology will be thrown back, and science more than that.
  2913. Niven/Pournelle's "Lucifer's Hammer" is an accurate description.
  2914.  
  2915. >    What would be the ecological changes as a result of the
  2916. > temporary flood?
  2917.  
  2918. Lack of most animals, especially those dependent of plants (many of them
  2919. can't live without a day of food).  Most plants will grow again after some
  2920. time.
  2921.  
  2922. --ralf
  2923.   ************************************************************************
  2924.   After some tests, I decided to put 4 lines of sig here, because I really
  2925.   like the optical effect.  Now there's the problem what to write in it...
  2926.   ************************************************************************
  2927.  
  2928.  
  2929. ==> pickover/pickover.11.p <==
  2930. ~Title: Cliff Puzzle 11: The Leviathan Number
  2931. ~From: cliff@watson.ibm.com
  2932.  
  2933. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  2934. address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  2935. you provide unique information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of
  2936. your response in addition to any responding you do in the newsgroup.  I
  2937. will assume it is OK to describe your answer in any article or
  2938. publication I may write in the future, with attribution to you, unless
  2939. you state otherwise.  Thanks, Cliff Pickover
  2940.  
  2941.       * * *
  2942.  
  2943.  
  2944.    Many interesting observations have recently been published
  2945. concerning various number theory properties of the "number of the
  2946. beast", 666.  In this new
  2947. puzzle here I ask you to consider the monstrous
  2948. "leviathan number",
  2949. a number so large as to make the number of electrons,
  2950. protons, and neutrons in the universe (10**79) pale in comparison.  (It
  2951. also makes a googol (10**100) look kind of small).
  2952.  
  2953. The leviathan number is defined as (10**666)!, where the "!" indicates
  2954. factorial.
  2955.  
  2956. 1.  What are the first 6 digits of the leviathan number?  Hint:  you
  2957. need not actually compute the leviathan to determine this.  If you can
  2958. determine the first 6 digits, please carefully spell out your method.
  2959.  
  2960. 2. Could modern supercomputers compute the leviathan, or will this
  2961. beyond the realm of humankind for the next century?
  2962.  
  2963. 3. Even if we cannot compute the leviathan, how many other
  2964. characteristics of this number can we write down.
  2965.  
  2966. ==> pickover/pickover.11.s <==
  2967. -------------------------
  2968.  
  2969. ~Subject: Re: Cliff Puzzle 11: The Leviathan Number (PARTIAL SPOILER)
  2970. ~Newsgroups: rec.puzzles
  2971. ~References: <1992Oct21.135208.119425@watson.ibm.com>
  2972.  
  2973. In article <1992Oct21.135208.119425@watson.ibm.com>, Cliff Pickover writes:
  2974.  
  2975. > The leviathan number is defined as (10**666)!, where the "!" indicates
  2976. > factorial.
  2977.  
  2978. > 1.  What are the first 6 digits of the leviathan number?
  2979.  
  2980. The simplest technique would be to use Stirling's formula to compute
  2981. the mantissa, i.e. frac( log(n) ) = frac( log(2*pi)/2 + log(n)/2
  2982. n*(log(n)-log(e)) ).  In our case n = 10^666, so this equals
  2983. frac( log(2*pi)/2 + 333 + 10^666*(666-log(e)) ) =
  2984. frac( log(2*pi)/2 + 10^666*(1-log(e)) ), so we'd basically need
  2985. to know something like 10 digits to the right of the decimal point
  2986. for log(2*pi)/2, and something like 700 digits for log(e) (which is
  2987. easily doable).  We then compute (1-log(e)), shift the digits 666
  2988. spaces to the left, and we're all set.
  2989.  
  2990. > 2. Could modern supercomputers compute the leviathan, or will this
  2991. > beyond the realm of humankind for the next century?
  2992.  
  2993. The number of digits is more than 10^668, and this compares
  2994. unfavorably to the number of particles in the universe.  Furthermore,
  2995. ^Qeven if a googol digits could be output per second, you'd never
  2996. make it before the end of the universe.  So, I'd say it's beyond
  2997. the realm of humanity, period.
  2998.  
  2999. > 3. Even if we cannot compute the leviathan, how many other
  3000. > characteristics of this number can we write down.
  3001.  
  3002. As another puzzle, how many zeroes does it end with, and what are
  3003. the last two non-zero digits?
  3004. .qq
  3005. &EXIT
  3006.                     THIS FILE HAS BEEN RECEIVED FROM BIT^S^Q^SNET
  3007.  
  3008.           The file may be executable.  Before removing this header you
  3009.           must understand  what the code  will do. You must  also have
  3010.           the  appropriate intellectual  property agreements  in place
  3011.           before receiving the code into IBM.
  3012.  
  3013.           If you have any questions, contact your manager.
  3014.  
  3015.  
  3016. The contents of the file has been shifted right by one character.
  3017.    Filename=(none) Filetype=(none) RECFM=F LRECL=80 Records=21
  3018. The file received from the BITNET gateway begins below the next line.
  3019. ------------------------------------------------------------------------
  3020.  Date:     Thu, 22 Oct 1992 07:12 EDT
  3021.  From:     <FRAMEM@UNION>
  3022.  Subject:  RE: googol!
  3023.  To:       CLIFF@YKTVMV
  3024.  Original_To:  Jnet%"CLIFF@YKTVMV"
  3025.  
  3026.  Hi, Cliff.
  3027.  
  3028.  The log10(e) comes from applying Stirling's approximation
  3029.  for the factorial: for large n, n! is approximately
  3030.  sqrt(2*pi*n)*((n/e)^n).  Substitute googol for n, take
  3031.  log10 of both sides, and recall the mantissa of the log10
  3032.  gives the digits of the original number.
  3033.  
  3034.  In these days of fast symbolic packages allowing exact
  3035.  computation of large factorials (though presumably not
  3036.  so large as a googol), people forget Stirling's formula.
  3037.  Until a few years ago, this was the only way to find
  3038.  factorials (albeit, only approximately) for large numbers.
  3039.  
  3040.  Mike
  3041.  
  3042. ==> pickover/pickover.12.p <==
  3043. ~Title: Cliff Puzzle 12: Slides in Hell
  3044. ~From: cliff@watson.ibm.com
  3045.  
  3046. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  3047. address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  3048. you provide unique information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of
  3049. your response in addition to any responding you do in the newsgroup.  I
  3050. will assume it is OK to describe your answer in any article or
  3051. publication I may write in the future, with attribution to you, unless
  3052. you state otherwise.  Thanks, Cliff Pickover
  3053.  
  3054.       * * *
  3055.  
  3056. Consider a metallic slide with 10 large holes in it equally spaced from
  3057. top to bottom.  If you attempt to slide down the slide you have a 50%
  3058. probability of sliding through each hole in the slide into an oleaginous
  3059. substance beneath the slide during each encounter with a hole.
  3060.  
  3061. 1.  If you were a gambling person, which hole would you bet a person
  3062. would fall through?
  3063.  
  3064. 2.  If you were a gambling person, how many attempts would it require
  3065. for a person to slide from the top of the slide to the bottom without
  3066. falling through a single hole.
  3067.  
  3068. 3.  If all the people on earth lined up to go down the slide, and they
  3069. ^Q^Sslid down a more horrifying slide with 100 holes at a rate of 1 person
  3070. per second, when would you expect the first person to arrive at the
  3071. bottom of the slide without falling through.
  3072. An hour? A day? A decade? ...
  3073. Received: from uoft02.utoledo.edu by watson.ibm.com (IBM VM SMTP V2R2) with TCP
  3074. ;
  3075. ~Title: Cliff Puzzle 12: Slides in Hell
  3076. >Consider a metallic slide with 10 large holes in it equally spaced from
  3077. >top to bottom.  If you attempt to slide down the slide you have a 50%
  3078. >probability of sliding through each hole in the slide into an
  3079. >oleaginous substance beneath the slide during each encounter with a
  3080. >hole.
  3081. >
  3082. >1.  If you were a gambling person, which hole would you bet a person
  3083. >would fall through?
  3084.  
  3085. None.  The best chance is the first hole but I got a 50-50 chance.  Why
  3086. bother?  (2nd hole is 1/4, 3rd 2**-3, ...)
  3087.  
  3088. >2.  If you were a gambling person, how many attempts would it require
  3089. >for a person to slide from the top of the slide to the bottom without
  3090. >falling through a single hole.
  3091.  
  3092. No gurantee.  Each slide is an independent event.  Now, if you are
  3093. talking mere probability, on the average, one in 1024 slides may make
  3094. it through all 10 holes.
  3095.  
  3096. >3.  If all the people on earth lined up to go down the slide, and they
  3097. >slid down a more horrifying slide with 100 holes at a rate of 1 person
  3098. >per second, when would you expect the first person to arrive at the
  3099. >bottom of the slide without falling through.  An hour? A day? A decade?
  3100.  
  3101. Again, can't tell.  It could be the first one, it could be none.  Probablity
  3102. can not foretell actual events.  But if you have infinite number of people
  3103. sliding down till eternity, on the average, you may see 1 person slide over
  3104. all holes every (2**100)/(365*24*69*6) years.  This number is many times
  3105. bigger than the world population for now.
  3106.  
  3107. ==> pickover/pickover.12.s <==
  3108. -------------------------
  3109.  
  3110. In article <1992Oct23.160130.166012@watson.ibm.com> you write:
  3111. : Consider a metallic slide with 10 large holes in it equally spaced from
  3112. ^Q^S^Q: top to bottom.  If you attempt to slide down the slide you have a 50%
  3113. : probability of sliding through each hole in the slide into an oleaginous
  3114. : substance beneath the slide during each encounter with a hole.
  3115. :
  3116. : 1.  If you were a gambling person, which hole would you bet a person
  3117. : would fall through?
  3118. The chance of falling thru the first hole is 50%.  For the second hole, it
  3119. is (.5)(.5) = 25%, the thrid is (.5)^3 = .125.  The chance by the tenth
  3120. hole is about .0097 %.  Obviously, since I am limited to one hole, I would
  3121. place my money on hole #1 (best chance).
  3122.  
  3123. : 2.  If you were a gambling person, how many attempts would it require
  3124. : for a person to slide from the top of the slide to the bottom without
  3125. : falling through a single hole.
  3126. The sum of the prob for falling thru a hole is .5 + .5^2 + .5^3 +...+.5^10.
  3127. This is about 99.902% = .99902.  So about 98 times out of 100000, someone
  3128. will make it through without falling.  This is about 1 time out of 1020.
  3129. So give or take about 1020 tries....
  3130. :
  3131. : 3.  If all the people on earth lined up to go down the slide, and they
  3132. : slid down a more horrifying slide with 100 holes at a rate of 1 person
  3133. : per second, when would you expect the first person to arrive at the
  3134. : bottom of the slide without falling through.
  3135. : An hour? A day? A decade? ...
  3136. The prob for falling thru the last hole is .5^100 = 7.88x10^-31.  There must
  3137. be some chance less than this that one WILL make it thru the slide.  The MIN
  3138. number of tries that it must take is 1/.5^100 = 1.26x10^30.  At the given rate
  3139. this is about 9.647 x 10^23 years, much older than the universe if I remeber
  3140. correctly.
  3141. Also, the chance of making it must be GREATER than .5^101.  or with
  3142. all the math, the MAX amount of time is 1.929x10^24 years.  So give or
  3143. take about 1.5x10^24 years....
  3144.  
  3145.  
  3146.  
  3147. --
  3148. Michael Neylon   aka Masem the Great and Almighty Thermodynamics GOD!
  3149.       //         | Senior, Chemical Engineering, Univ. of Toledo
  3150.   \\ // Only the |   Summer Intern, NASA Lewis Research Center
  3151. \  \X/   AMIGA!  |         mneylon@jupiter.cse.utoledo.edu           /
  3152.  --------+ How do YOU spell 'potato'?  How 'bout 'lousy'? +----------
  3153.     "Me and Spike are big Malcolm 10 supporters." - J.S.,P.L.C.L
  3154. -------------------------
  3155.  
  3156. In rec.puzzles you write:
  3157.  
  3158. >Title: Cliff Puzzle 12: Slides in Hell
  3159. >From: cliff@watson.ibm.com
  3160. >
  3161. >If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  3162. >address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  3163. Jeff Rogers
  3164. Rensselaer Polytechnic institute
  3165. rogerj@rpi.edu
  3166.  
  3167. >Consider a metallic slide with 10 large holes in it equally spaced from
  3168. >top to bottom.  If you attempt to slide down the slide you have a 50%
  3169. >probability of sliding through each hole in the slide into an oleaginous
  3170. >substance beneath the slide during each encounter with a hole.
  3171. >
  3172. >1.  If you were a gambling person, which hole would you bet a person
  3173. >would fall through?
  3174.  
  3175. The first one. There's only a 50% chance of them getting past it, and a
  3176. small chance of them falling into each succeeding hole.
  3177. hole #     percent chance of reaching and falling into
  3178. 1            50
  3179. 2            25
  3180. 3            12.5
  3181. 4            6.25
  3182. 5            3.125
  3183. 6            1.5625
  3184. 7            0.78125
  3185. 8            0.390625
  3186. ^S^Q9            0.1953125
  3187. 10           0.09765625
  3188.  
  3189. >
  3190. >2.  If you were a gambling person, how many attempts would it require
  3191. >for a person to slide from the top of the slide to the bottom without
  3192. >falling through a single hole.
  3193.  
  3194. The chances for reaching each succeeding hole are the same as reaching and
  3195. falling into the previous one. Therefore, the chances of passing all the
  3196. holes are the same as reaching and falling into the last hole  (see previous
  3197. answer for stats), which makes the probability .0009765625, so
  3198. statistically, 1024 slides would be required to guarantee reaching the
  3199. bottom. If I was a gambling person, I'd probably bet about half this,
  3200. because the actual events can happen in any order, and on average, I'd guess
  3201. that he'd get down in about 512 slides.
  3202.  
  3203. >
  3204. >3.  If all the people on earth lined up to go down the slide, and they
  3205. >slid down a more horrifying slide with 100 holes at a rate of 1 person
  3206. >per second, when would you expect the first person to arrive at the
  3207. >bottom of the slide without falling through.
  3208. >An hour? A day? A decade? ...
  3209.  
  3210. This is solved similarly; it is represented by powers of 2. To successfully
  3211. get past the last hole, it would require (statistically, at least) 2^100
  3212. or (by my trusty pocket calculator) 1.2676506 *10^30 slides.
  3213. More significant figures? dc! Which gives 1267650600228229401496703205376.
  3214. In similar logic as the last problem, I'd expect about half that, or
  3215. 633825300114114700748351602688 slides. How much time would this be? Excluding
  3216. leap years, I calculate 20098468420665737593491 years. That's 20 sextillion
  3217. years, significantly more than the age of the universe, by about 11 orders
  3218. of magnitude. So I'd guess that no one will ever reach the bottom, they'll
  3219. all try and fail (assuming everyone only gets to go once), or die waiting in
  3220. line.
  3221.  
  3222. Diversion
  3223.  
  3224. --
  3225. "I can see 'em                          | "Want me to create a diversion?"
  3226.     I can see 'em                       | Diversion
  3227.         Someone wake me when it's over" | rogerj@rpi.edu
  3228. ^S^Q^S-------------------------
  3229.  
  3230. In article <1992Oct23.160130.166012@watson.ibm.com> you write:
  3231. ~Title: Cliff Puzzle 12: Slides in Hell
  3232. >Consider a metallic slide with 10 large holes in it equally spaced from
  3233. >top to bottom.  If you attempt to slide down the slide you have a 50%
  3234. >probability of sliding through each hole in the slide into an
  3235. >oleaginous substance beneath the slide during each encounter with a
  3236. >hole.
  3237. >
  3238. >1.  If you were a gambling person, which hole would you bet a person
  3239. >would fall through?
  3240.  
  3241. None.  The best chance is the first hole but I got a 50-50 chance.  Why
  3242. bother?  (2nd hole is 1/4, 3rd 2**-3, ...)
  3243.  
  3244. >2.  If you were a gambling person, how many attempts would it require
  3245. >for a person to slide from the top of the slide to the bottom without
  3246. >falling through a single hole.
  3247.  
  3248. No gurantee.  Each slide is an independent event.  Now, if you are
  3249. talking mere probability, on the average, one in 1024 slides may make
  3250. it through all 10 holes.
  3251.  
  3252. >3.  If all the people on earth lined up to go down the slide, and they
  3253. >slid down a more horrifying slide with 100 holes at a rate of 1 person
  3254. >per second, when would you expect the first person to arrive at the
  3255. >bottom of the slide without falling through.  An hour? A day? A decade?
  3256.  
  3257. Again, can't tell.  It could be the first one, it could be none.  Probablity
  3258. can not foretell actual events.  But if you have infinite number of people
  3259. sliding down till eternity, on the average, you may see 1 person slide over
  3260. all holes every (2**100)/(365*24*69*6) years.  This number is many times
  3261. bigger than the world population for now.
  3262. -------------------------
  3263.  
  3264. Some answers to your questions:
  3265.  
  3266. 1. As the puzzle states there is a 50% chance of falling into each
  3267. hole, I would bet a person would fall into the first hole -- in a large
  3268. enough sample, 1/2 of the people will fall through the first hole, 1/4
  3269. through the second, 1/8 through the third, etc.
  3270.  
  3271. 2. In a large sample, 1/(2^10) people would make it all the way down
  3272. the slide without falling through any of the holes (1/1024). This means
  3273. that 1023 out of 1024 people would fall through a hole. Using the
  3274. formula (1023/1024)^x=1/2, we can determine out of the first x people
  3275. to go down the slide, there is a 50% chance that one person will make
  3276. it down without falling through a hole.  The answer to this equation is
  3277. x=709.4 Thus I would bet that a person would make it all the way down
  3278. on one of the first 710 attempts.
  3279.  
  3280. 3. As 2^100=1.2676*10^30 (roughly), and (including leaps years under
  3281. the Gregorian calendar) there are 31556952 seconds in the average year,
  3282. then statistically one person should make it down the slide every
  3283. 4.017*10^22 YEARS. However, and this is a very rough estimate, I figure
  3284. the log of (1-1/(1.2676*10^30)) to be about -5.5*10^(-29). [I'm doing
  3285. the calculations on a scientific calculator which only has 10 places.]
  3286. Thus, using the formula xlog(1-1/2^100)=log(1/2), I get x=5.5*10^27.
  3287. Thus, there's about a 50% chance that after 5.5*10^27 seconds, someone
  3288. will have made it down the slide. To be on the safe side, I'd bet only
  3289. if I were given at least 6*10^27 seconds, a value which equals
  3290. 1.901*10^20 YEARS.
  3291. ^Q^S
  3292. I hope this answers the questions.
  3293.  
  3294. Ted Schuerzinger
  3295.  
  3296. email: J.Theodore.Schuerzinger@Dartmouth.EDU
  3297. snailmail: HB 3819
  3298. Dartmouth College
  3299. Hanover, NH 03755
  3300. USA
  3301.  
  3302. In case you're wondering, I'm just a junior at Dartmouth who's
  3303. interested in puzzles like these. I'm not even a math major -- I'm a
  3304. double major in government and Russian.
  3305. -------------------------
  3306.  
  3307. In article <1992Oct23.160130.166012@watson.ibm.com> you write:
  3308. >Title: Cliff Puzzle 12: Slides in Hell
  3309. >From: cliff@watson.ibm.com
  3310.  
  3311. >Consider a metallic slide with 10 large holes in it equally spaced from
  3312. >top to bottom.  If you attempt to slide down the slide you have a 50%
  3313. >probability of sliding through each hole in the slide into an oleaginous
  3314. >substance beneath the slide during each encounter with a hole.
  3315. >
  3316. >1.  If you were a gambling person, which hole would you bet a person
  3317. >would fall through?
  3318.  
  3319. There's a 50% chance of falling through the first hole, 25% the
  3320. second, 2^-n the n'th.  If the odds offered were the same, I'd go for
  3321. the first hole.
  3322.  
  3323. >2.  If you were a gambling person, how many attempts would it require
  3324. >for a person to slide from the top of the slide to the bottom without
  3325. >falling through a single hole.
  3326.  
  3327. You expect to make it 1 out of 1024 times; after 710 tries, the chance
  3328. of someone succeeding exceeds 1/2.  (Log base (1023/1024) of 1/2 is
  3329. 709.4).
  3330.  
  3331. >3.  If all the people on earth lined up to go down the slide, and they
  3332. >slid down a more horrifying slide with 100 holes at a rate of 1 person
  3333. >per second, when would you expect the first person to arrive at the
  3334. >bottom of the slide without falling through.
  3335. >An hour? A day? A decade? ...
  3336.  
  3337. Never.  OK, 1/2^100 will make it.  There being under 2^33 people on
  3338. the planet, ...
  3339.  
  3340. After 4.2e22 years, the expected number of people who succeeded is 1;
  3341. after about 2.9e22 years, the chance of someone having succeeded is
  3342. about 1/2.
  3343.  
  3344. Like I said, never.
  3345.  
  3346. Seth            sethb@fid.morgan.com
  3347. ^Q^S^Q-------------------------
  3348.  
  3349. In rec.puzzles you write:
  3350.  
  3351. >1.  If you were a gambling person, which hole would you bet a person
  3352. >would fall through?
  3353.  
  3354. If the pay-back odds were the same regardless of the hole, then obviously,
  3355. I'd bet on the first hole!  There's a 1:2 chance the person falls through
  3356. the first hole, a 1:4 combined chance of the person falling though the
  3357. second hole, etc...
  3358.  
  3359. >2.  If you were a gambling person, how many attempts would it require
  3360. >for a person to slide from the top of the slide to the bottom without
  3361. >falling through a single hole.
  3362.  
  3363. 1024 is the median value for this case...  There's a 1:2**n chance of
  3364. a person falling through the nth hole, having missed all of the holes
  3365. before n.  Since the probability of falling through = the probability
  3366. passing over the hole safely (vs not ever getting there), the
  3367. probability that a person makes it to the end is also 1:1024.
  3368.  
  3369.  
  3370. >3.  If all the people on earth lined up to go down the slide, and they
  3371. >slid down a more horrifying slide with 100 holes at a rate of 1 person
  3372. >per second, when would you expect the first person to arrive at the
  3373. >bottom of the slide without falling through.
  3374. >An hour? A day? A decade? ...
  3375. There is a 1:2**(100-Log2(5 billion people)) chance that somebody makes
  3376. it through...  Given a finite # of people on the planet (approx 5 bil.)
  3377. I think we'll run out first...
  3378.  
  3379.  
  3380. --Joseph Zbiciak   im14u2c@camelot.bradley.edu
  3381.  
  3382.  
  3383. -------------------------
  3384.  
  3385. ~Subject: Re: Cliff Puzzle 12: Slides in Hell (SPOILER)
  3386. ~Newsgroups: rec.puzzles
  3387. ~References: <1992Oct23.160130.166012@watson.ibm.com>
  3388.  
  3389. In article <1992Oct23.160130.166012@watson.ibm.com>, Cliff Pickover writes:
  3390.  
  3391. > Consider a metallic slide with 10 large holes in it equally spaced from
  3392. > top to bottom.  If you attempt to slide down the slide you have a 50%
  3393. > probability of sliding through each hole in the slide into an oleaginous
  3394. > substance beneath the slide during each encounter with a hole.
  3395.  
  3396. > 1.  If you were a gambling person, which hole would you bet a person
  3397. > would fall through?
  3398.  
  3399. The probability of falling into hole i is (1/2)^i, so your best bet
  3400. would be hole 1.
  3401.  
  3402. > 2.  If you were a gambling person, how many attempts would it require
  3403. > for a person to slide from the top of the slide to the bottom without
  3404. > falling through a single hole.
  3405.  
  3406. The probability of success is p = (1/2)^10, and as each trial is
  3407. independant the expected number of trials before success is 1/p or
  3408. 2^10.
  3409.  
  3410. > 3.  If all the people on earth lined up to go down the slide, and they
  3411. ^S^Q^S> slid down a more horrifying slide with 100 holes at a rate of 1 person
  3412. > per second, when would you expect the first person to arrive at the
  3413. > bottom of the slide without falling through.
  3414.  
  3415. In this case the number of expected trials is 2^100, which is much
  3416. larger than the total number of people.
  3417.  
  3418. > An hour? A day? A decade? ...
  3419.  
  3420. Try about 10^24 years.  As another problem, assuming a large enough
  3421. supply of sliders estimate when the slide will wear through from
  3422. friction.
  3423. -------------------------
  3424.  
  3425. In article <1992Oct23.160130.166012@watson.ibm.com> you write:
  3426. >Title: Cliff Puzzle 12: Slides in Hell
  3427. >From: cliff@watson.ibm.com
  3428. >
  3429. >If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  3430. >address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  3431. >you provide unique information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of
  3432. >your response in addition to any responding you do in the newsgroup.  I
  3433. >will assume it is OK to describe your answer in any article or
  3434. >publication I may write in the future, with attribution to you, unless
  3435. >you state otherwise.  Thanks, Cliff Pickover
  3436. >
  3437. >      * * *
  3438. >
  3439. >Consider a metallic slide with 10 large holes in it equally spaced from
  3440. >top to bottom.  If you attempt to slide down the slide you have a 50%
  3441. >probability of sliding through each hole in the slide into an oleaginous
  3442. >substance beneath the slide during each encounter with a hole.
  3443. >
  3444. >1.  If you were a gambling person, which hole would you bet a person
  3445. >would fall through?
  3446.  
  3447. I'd bet that they fell through the first hole.  The probability of that
  3448. happening is 50%.  The probability of them falling through the second
  3449. hole is:
  3450. P(didn't fall through the first)*P(fell through the second) = 50%*50% = 25%
  3451.  
  3452. In general, P(falls through hole n)=
  3453. P(no fall through 1)*P(no fall through 2)*...*P(no fall through n-1)
  3454.  *P(fell through hole n).
  3455. For this problem, P(falls through hole n) is (50%)^n, where n is the hole #
  3456. from the top.
  3457.  
  3458. >2.  If you were a gambling person, how many attempts would it require
  3459. >for a person to slide from the top of the slide to the bottom without
  3460. >falling through a single hole.
  3461.  
  3462. (Hey, after the first failed attempt, they're screwed, no?)
  3463. P(success)=P(no fail)=P(no fall 1)P(no fall 2)...P(no fall 10)
  3464.  =50%^10
  3465.  =1/1024
  3466. They should make it at least one time in 1024.
  3467.  
  3468. >3.  If all the people on earth lined up to go down the slide, and they
  3469. >slid down a more horrifying slide with 100 holes at a rate of 1 person
  3470. >per second, when would you expect the first person to arrive at the
  3471. ^Q^S^Q^S>bottom of the slide without falling through.
  3472. >An hour? A day? A decade? ...
  3473.  
  3474. Oh, one in about 4.02*10^22 years...  I wouldn't hold my breath.
  3475.  
  3476.  
  3477. -Richard
  3478. -------------------------
  3479.  
  3480. 1. I would bet on the first hole, as there is a 0.5 probability of a person's
  3481.    falling into it, which is the highest such probability.
  3482.  
  3483. 2. The probability of reaching the end of the slide on a particular try is
  3484.    1/2^10 = 1/1024.  In 709 tries, there is an approximately 0.5 probability of
  3485.  
  3486. 3. Beats me - the even money bet is for a number of tries (approximately) equal
  3487.           ((2^100 - 1)/(2^100))
  3488.    calculate it.
  3489.  
  3490.  
  3491.  
  3492. --
  3493. _______________________________________________________________________
  3494. Dan Blum           Institute for the Learning Sciences   Room 327
  3495. blum@ils.nwu.edu   1890 Maple Ave., Evanston, IL 60201   708-467-2306
  3496.  
  3497. "Let it be granted that a controversy may be raised about any question,
  3498.  and at any distance from that question."
  3499.                                           Lewis Carroll
  3500. _______________________________________________________________________
  3501.  
  3502.  
  3503. ==> pickover/pickover.13.p <==
  3504. ~Title: Cliff Puzzle 13: Ladders to Heaven
  3505. ~From: cliff@watson.ibm.com
  3506.  
  3507. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  3508. address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  3509. you provide unique information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of
  3510. your response in addition to any responding you do in the newsgroup.  I
  3511. will assume it is OK to describe your answer in any article or
  3512. publication I may write in the future, with attribution to you, unless
  3513. you state otherwise.  Thanks, Cliff Pickover
  3514.  
  3515.       * * *
  3516.  
  3517. Consider the following scenario.  A standard ladder stretches from each
  3518. country on the earth upward a distance equal to the distance from the
  3519. earth to the moon.
  3520.  
  3521. Assume:
  3522. 1. the ladder is made out of a strong metal such as
  3523. titanium, which will not break.
  3524. 2. the ladder is inclined at a very steep angle, 70 degrees, for
  3525. each country.
  3526. 3. there is a breathable atmosphere.
  3527. 4. the people (or teams of people) are allowed to use standard
  3528. mountain climbing and camping gear, e.g. ropes, backpacks, etc. but not
  3529. sophisticated electrical mechanisms, engines, etc.
  3530. 5. a reward is given to whomever reaches the top of the ladder
  3531. first: 1 million dollars to that person.  In addition the country's
  3532. national debt is wiped out.
  3533.  
  3534. Questions:
  3535. 1.  Approximate how long it would take a person (or team of people) to
  3536. reach the top of the ladder.  Days?  Weeks?  Years?
  3537.  
  3538. 2. Which country would be the first?
  3539. ^Q^S
  3540. 3. Is there any novel method you would suggest to achieve this goal?
  3541.  
  3542. 4. Is this task impossible to carry out.
  3543.  
  3544. ==> pickover/pickover.13.s <==
  3545. -------------------------
  3546.  
  3547. Interesting puzzle... Just one question though: Is there a moon,
  3548. i.e. is it possible to use the gravitational field of the moon to your
  3549. advantage by "falling upwards" once you have reached the point where
  3550. the moon's gravity is bigger than the erath's (and do we also assume that
  3551. the the climber(s) must survive the fall?? :-) or shall we assume that the
  3552. earth is alone in the universe?
  3553.  
  3554.  
  3555. Spyros Potamianos
  3556. potamian@hpl.hp.com
  3557. -------------------------
  3558.  
  3559. ~Newsgroups: rec.puzzles
  3560. ~Subject: Re: Cliff Puzzle 13: Ladders to Heaven
  3561. ~References: <1992Oct23.193252.108077@watson.ibm.com>
  3562. Organization: The Chrome Plated Megaphone of Destiny
  3563.  
  3564. >1.  Approximate how long it would take a person (or team of people) to
  3565. >reach the top of the ladder.  Days?  Weeks?  Years?
  3566.  
  3567. Note that after you're 22,300 miles from the earth's axis, you get to
  3568. "fall" the rest of the way, as long as you don't lose contact with
  3569. the ladder.
  3570.         
  3571. >2. Which country would be the first?
  3572.  
  3573. It has already been pointed out that countries on the equator have an
  3574. advantage.  I suppose you could consider that countries with a large
  3575. national debt have extra motivation.  :-)
  3576.  
  3577. >3. Is there any novel method you would suggest to achieve this goal?
  3578.  
  3579. I would suggest a bicycle-like vehicle clamped to the ladder.  By
  3580. pulling a light but strong rope on a pulley (perhaps obtained form
  3581. the same source as this fantastic ladder material), riders could be
  3582. changed fairly quickly, thanks to a crew of brawny pulley-pullers
  3583. with a variable-geared linkage to the rope.
  3584.  
  3585. For the rider to pull this ever-longer rope seems impossible, but I
  3586. think shorter segments could be lifted and linked.  Or the ground
  3587. crew could help the rider by pulling down rope from a hub of lesser
  3588. diameter than the wheels of the vehicle.
  3589.  
  3590. >4. Is this task impossible to carry out.
  3591.  
  3592. No.  I thought it might be impossible to halt at the far end of the
  3593. ladder and return, due to centrifugal acceleration, but that
  3594. acceleration turns out to be only about 5 cm/s^2.
  3595. __________________________________________________________
  3596. Matt Crawford       matt@severian.chi.il.us       Java Man
  3597.  
  3598.  
  3599. -------------------------
  3600.  
  3601. > How do we get food to the people?
  3602.  
  3603. I would have the riders change so often that they'd only need some
  3604. high-carbohydrate snacks and a couple quarts of fluid.  I think the
  3605. brawny ground crew could pull up the next rider, with his supplies
  3606. ^Q^S^Qand another pulley and segment of rope, at an acceleration of about
  3607. 0.5 g or better.  That would be under 90 minutes for each shift-
  3608. change up to the synchronous orbit level.
  3609.  
  3610. I haven't figured out yet how to link each new piece of rope that's
  3611. pulled up with a rider to the pulley that's at the high point reached
  3612. by the previous rider.  Linking is easy, but it would be nice to find
  3613. a way that lets the next pulled-up rider go from one segment to the
  3614. other without interruption.  Well, since the sky-buckets at
  3615. Disneyland do this trick at each end, I know it can be done.
  3616.  
  3617. I didn't know you'd written any books, but it was clear you're
  3618. working on one now.  Sure, send a list, but I have access to some
  3619. on-line catalogs, so maybe I can find them anyway.
  3620.  
  3621.                         Matt Crawford
  3622. -------------------------
  3623.  
  3624. > Consider the following scenario.  A standard ladder stretches from each
  3625. > country on the earth upward a distance equal to the distance from the
  3626. > earth to the moon.
  3627. >
  3628. > Assume:
  3629. > 1. the ladder is made out of a strong metal such as
  3630. > titanium, which will not break.
  3631. > 2. the ladder is inclined at a very steep angle, 70 degrees, for
  3632. > each country.
  3633. > 3. there is a breathable atmosphere.
  3634. > 4. the people (or teams of people) are allowed to use standard
  3635. > mountain climbing and camping gear, e.g. ropes, backpacks, etc. but not
  3636. > sophisticated electrical mechanisms, engines, etc.
  3637. > 5. a reward is given to whomever reaches the top of the ladder
  3638. > first: 1 million dollars to that person.  In addition the country's
  3639. > national debt is wiped out.
  3640.  
  3641. I would imagine that one would be able to fashion a hot air balloon given
  3642. condition 4.  Also, given condition 3, the hot air balloon would be able
  3643. to cover the entire distance.  One would then only need to attach a sliding
  3644. hookup between the ladder and the balloon and wait.
  3645.  
  3646. ===M.Graf==graf@island.com==================================================
  3647.  
  3648.  
  3649. ==> pickover/pickover.14.p <==
  3650. ~Title: Cliff Puzzle 14: Geography Genuflection
  3651. ~From: cliff@watson.ibm.com
  3652.  
  3653. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  3654. address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  3655. you provide unique information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of
  3656. your response in addition to any responding you do in the newsgroup.  I
  3657. will assume it is OK to describe your answer in any article or
  3658. publication I may write in the future, with attribution to you, unless
  3659. you state otherwise.  Thanks, Cliff Pickover
  3660. ^S^Q
  3661.       * * *
  3662.  
  3663. 1.  How would the world be different today, geopolitically speaking, if
  3664. the ancient land masses had never drifted apart and, therefore,
  3665. today's world consisted of a single supercontintent?
  3666.  
  3667. 2.  What would today's world be like if the land mass which formed the
  3668. Greek peninsula never existed?
  3669.  
  3670. 3.  What would today's world be like if the land bridge which joined
  3671. Alaska to Asia never existed?
  3672.  
  3673. 4.  Why do all the major peninsulas on earth point south?  See for
  3674. example:  Italy, Greece, Florida, and Baja, and the tips of Africa,
  3675. South America, India, Norway, Sweden, Greenland, and many other
  3676. landmasses.
  3677.  
  3678. ==> pickover/pickover.14.s <==
  3679. -------------------------
  3680.  
  3681. In rec.puzzles you write:
  3682.  
  3683. >If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  3684. >address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  3685. >you provide unique information.
  3686. >
  3687. Mike Neergaard
  3688. University of Wisconsin
  3689. neergaar@math.wisc.edu
  3690.  
  3691. I'm not a professional at this sort of thing, so I just summarized my
  3692. conclusions.  I'm sure they would be ripped to shreds by any competent
  3693. whatsit-type-individual-who-knows-all-about-this-kind-of-stuff.
  3694.  
  3695. >1.  How would the world be different today, geopolitically speaking, if
  3696. >the ancient land masses had never drifted apart and, therefore,
  3697. >today's world consisted of a single supercontintent?
  3698. We would all speak German.
  3699.  
  3700. >2.  What would today's world be like if the land mass which formed the
  3701. >Greek peninsula never existed?
  3702. >
  3703. We would know a low more about fluid dynamics.
  3704.  
  3705. >3.  What would today's world be like if the land bridge which joined
  3706. >Alaska to Asia never existed?
  3707. Christopher Columbus would be a national hero, instead of being vulnerable
  3708. to counter-claims of genocide.  America would have been settled several
  3709. decades later, due to a dearth of demonstrable natural resources.
  3710.  
  3711. >4.  Why do all the major peninsulas on earth point south?  See for
  3712. >example:  Italy, Greece, Florida, and Baja, and the tips of Africa,
  3713. >South America, India, Norway, Sweden, Greenland, and many other
  3714. >landmasses.
  3715. I just work here . . .
  3716. --
  3717. I really don't make any claim at all to know what I'm talking about.
  3718. Actually, I make no claim to know what YOU'RE talking about, either.
  3719. In fact, now I've forgotten what we were talking about . . .
  3720.  
  3721. -------------------------
  3722.  
  3723. In article <1992Oct26.140330.142282@watson.ibm.com> you write:
  3724. >Title: Cliff Puzzle 14: Geography Genuflection
  3725. >From: cliff@watson.ibm.com
  3726. >
  3727. >If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  3728. >address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  3729. ^S^Q^S^Q^S>you provide unique information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of
  3730. >your response in addition to any responding you do in the newsgroup.  I
  3731. >will assume it is OK to describe your answer in any article or
  3732. >publication I may write in the future, with attribution to you, unless
  3733. >you state otherwise.  Thanks, Cliff Pickover
  3734. >
  3735. >      * * *
  3736. >
  3737.  
  3738. Okay, administrative trivia first.  My name is Martin Eiger, you don't
  3739. need my address (home or business?), I don't want you citing my
  3740. affiliation if you quote me, and my e-mail address is
  3741. mie@thumper.bellcore.com.
  3742.  
  3743. >1.  How would the world be different today, geopolitically speaking, if
  3744. >the ancient land masses had never drifted apart and, therefore,
  3745. >today's world consisted of a single supercontintent?
  3746.  
  3747. My theory is that mankind would never have evolved.  The dominant
  3748. species would still be some sort of mammal, but not us.  This renders
  3749. a large number of geopolitical questions irrelevant.  For example,
  3750. elephant-like creatures are unlikely to care whether there is one or
  3751. two Germanys.
  3752.  
  3753.  
  3754. >2.  What would today's world be like if the land mass which formed the
  3755. >Greek peninsula never existed?
  3756.  
  3757. A tough one, since I'm not up on my Greek influences in the evolution
  3758. of civilization.  My guess is that civilization would have evolved
  3759. anyway, probably not too differently than it did.  It might not have
  3760. evolved as fast, i.e., we might now be where we were a thousand years
  3761. ago or so, but over the long haul, human history would follow a
  3762. similar course.
  3763.  
  3764.  
  3765. >3.  What would today's world be like if the land bridge which joined
  3766. >Alaska to Asia never existed?
  3767.  
  3768. Pretty much the same, I bet.  People would have colonized North
  3769. America anyway.  After all, they got to Hawaii, so somebody could
  3770. probably have gotten to North America.  And whether or not people
  3771. colonized North America from across the Pacific, people from Europe
  3772. would have paved the place over just the same.
  3773.  
  3774.  
  3775. >4.  Why do all the major peninsulas on earth point south?  See for
  3776. >example:  Italy, Greece, Florida, and Baja, and the tips of Africa,
  3777. >South America, India, Norway, Sweden, Greenland, and many other
  3778. >landmasses.
  3779.  
  3780. First of all, you have to define what's a major peninsula.  Secondly,
  3781. I don't like your list.  Norway and Sweden are on the same peninsula,
  3782. and Greenland is an island, not a peninsula.  And third, there are
  3783. plenty of perfectly fine peninsulas that don't point south:  Alaska,
  3784. Siberia, Michigan (two peninsulas for the price of one), Yucatan,
  3785. Arabia (points kind of southeast), and Iberia, for instance.  And
  3786. ^Q^Sfourth, you missed a few good southern-pointing ones, such as Korea,
  3787. Crimea, the Sinai, and the one that kind of points from eastern
  3788. Siberia toward Japan that I'm sure has a name but I don't know it.  So
  3789. while there are lots of peninsulas pointing lots of directions, a
  3790. majority of them do seem to point south, and I have no idea why.
  3791.  
  3792. ==> pickover/pickover.15.p <==
  3793. ~Title: Cliff Puzzle 15: Cherries in Wine Glasses
  3794. ~From: cliff@watson.ibm.com
  3795.  
  3796. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  3797. address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  3798. you provide unique information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of
  3799. your response in addition to any responding you do in the newsgroup.  I
  3800. will assume it is OK to describe your answer in any article or
  3801. publication I may write in the future, with attribution to you, unless
  3802. you state otherwise.  Thanks, Cliff Pickover
  3803.  
  3804.       * * *
  3805.  
  3806. Consider a 9x9 grid of beautiful crystal wineglasses.  Throw 32 cherries
  3807. at the grid.  A glass is considered occupied if it contains at least one
  3808. cherry.  (With each throw a cherry goes into one of the glasses.)  How
  3809. many different patterns of occupied glasses can you make?  (A glass with
  3810. more than one cherry is considered the same as a glass with one cherry
  3811. in the pattern).
  3812.  
  3813. 2.  Same as above except that you place 8 cherries in glasses (x,y) and
  3814. then determine the other positions by placing cherries at (x,-y),
  3815. (-x,y), (-x,-y) leading to 32 cherries in the grid.  Consider the array
  3816. of glasses centered at the origin.  How many different patterns of
  3817. occupied glasses can you make?  (A glass with more than one cherry is
  3818. considered the same as a glass with one cherry in the pattern).
  3819.  
  3820. 3. Can your results be extrapolated to an NxN grid with M cherries
  3821. thrown at it for both problems?
  3822.  
  3823.  
  3824. ==> pickover/pickover.15.s <==
  3825. In article <1992Oct30.173903.108937@watson.ibm.com> you write:
  3826. ^Q^S^Q: Consider a 9x9 grid of beautiful crystal wineglasses.  Throw 32 cherries
  3827. : at the grid.  A glass is considered occupied if it contains at least one
  3828. : cherry.  (With each throw a cherry goes into one of the glasses.)  How
  3829. : many different patterns of occupied glasses can you make?  (A glass with
  3830. : more than one cherry is considered the same as a glass with one cherry
  3831. : in the pattern).
  3832. Assuming that rotated patterns are allowed, then it is (simply)
  3833. sum( 81!/(81-n)! , n=1->32) . Since, if a total of n different classes are
  3834. filled, then the number of combinations is 81!/(81-n)!.  Since there can
  3835. be from 1 to 32 glasses filled, the total # is just the sum of these...
  3836.  
  3837. :
  3838. : 2.  Same as above except that you place 8 cherries in glasses (x,y) and
  3839. : then determine the other positions by placing cherries at (x,-y),
  3840. : (-x,y), (-x,-y) leading to 32 cherries in the grid.  Consider the array
  3841. : of glasses centered at the origin.  How many different patterns of
  3842. : occupied glasses can you make?  (A glass with more than one cherry is
  3843. : considered the same as a glass with one cherry in the pattern).
  3844. This limitation basically reduces the number of available spots, from 9x9
  3845. to 5x5.  Also, I only have to worry about 8 occupied spaces.  Soo...
  3846. #of comb. = sum( (25!/(25-n)!, n=1->8)
  3847. :
  3848. : 3. Can your results be extrapolated to an NxN grid with M cherries
  3849. : thrown at it for both problems?
  3850. With a odd N, and M = 4k (evenly divs by 4), then
  3851. for 1....
  3852. #of comb = sum( (N^2)!/(N^2-n)!  , n=1->M)
  3853. for 2....
  3854. #of comb = sum( (((N+1)/2)^2)!/(((N+1)/2)^2-n)! , n=1->M/4)
  3855.  
  3856. --
  3857. Michael Neylon   aka Masem the Great and Almighty Thermodynamics GOD!
  3858.       //         | Senior, Chemical Engineering, Univ. of Toledo
  3859.   \\ // Only the |   Summer Intern, NASA Lewis Research Center
  3860. \  \X/   AMIGA!  |         mneylon@jupiter.cse.utoledo.edu           /
  3861.  --------+ How do YOU spell 'potato'?  How 'bout 'lousy'? +----------
  3862.     "Me and Spike are big Malcolm 10 supporters." - J.S.,P.L.C.L
  3863.  
  3864. ==> pickover/pickover.16.p <==
  3865. ~Title: Cliff Puzzle 16: Undulating Squares
  3866. ~From: cliff@watson.ibm.com
  3867.  
  3868. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  3869. address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  3870. you provide unique information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of
  3871. your response in addition to any responding you do in the newsgroup.  I
  3872. will assume it is OK to describe your answer in any article or
  3873. publication I may write in the future, with attribution to you, unless
  3874. you state otherwise.  Thanks, Cliff Pickover
  3875.  
  3876.       * * *
  3877.  
  3878. A square number is of the form y=x**2.  For example, 25 is a square
  3879. number.
  3880.  
  3881. Undulating numbers are of the form:  ababababab... For example, the
  3882. following are undulating numbers:  1717171, 282828, etc.
  3883.  
  3884. 1. Are there any undulating square numbers?
  3885.  
  3886. 2. Are there any undulating cube numbers?
  3887.  
  3888.  
  3889. ==> pickover/pickover.16.s <==
  3890. -------------------------
  3891.  
  3892. In article <1992Oct30.175102.142177@watson.ibm.com> you write:
  3893. : 1. Are there any undulating square numbers?
  3894. 11^2 = 121
  3895.  
  3896. : 2. Are there any undulating cube numbers?
  3897. 7^3 = 343
  3898.  
  3899. (yes, I know they're short, but they qualify!)
  3900. ^S^Q
  3901. --
  3902. Michael Neylon   aka Masem the Great and Almighty Thermodynamics GOD!
  3903.       //         | Senior, Chemical Engineering, Univ. of Toledo
  3904.   \\ // Only the |   Summer Intern, NASA Lewis Research Center
  3905. \  \X/   AMIGA!  |         mneylon@jupiter.cse.utoledo.edu           /
  3906.  --------+ How do YOU spell 'potato'?  How 'bout 'lousy'? +----------
  3907.     "Me and Spike are big Malcolm 10 supporters." - J.S.,P.L.C.L
  3908. -------------------------
  3909.  
  3910. In article <1992Oct30.204134.97881@watson.ibm.com> you write:
  3911. >Hi, I was interested in non-trivial cases.  Those with greater 
  3912. >than 3 digits.  Award goes to the person who finds the largest
  3913. >undulating square or cube number.  Thanks, Cliff
  3914.  
  3915. 343 and 676 aren't trivial (unlike 121 and 484 it doesn't come from
  3916. obvious algebraic identities).  The chance that a "random"
  3917. number around x should be a perfect square is about 1/sqrt(x);
  3918. more generally, x^(-1+1/d) for a perfect d-th power.  Since
  3919. there are for each k only 90 k-digit undulants you expect
  3920. to find only finitely many of these that are perfect powers,
  3921. and none that are very large.  But provably listing all cases
  3922. is probably only barely, if at all, possible by present-day
  3923. methods for treating exponential Diophantine equations, unless
  3924. (as was shown in a rec.puzzles posting re your puzzles on
  3925. ^S^Q^Sarith. prog. of squares with common difference 10^k) there is
  3926. some ad-hoc trick available.  At any rate the largest undulating
  3927. power is probably 69696=264^2, though 211^3=9393931 comes
  3928. remarkably close.
  3929.  
  3930. --Noam D. Elkies
  3931. -------------------------
  3932.  
  3933. In article <1992Oct30.175102.142177@watson.ibm.com>, you write...
  3934. >1. Are there any undulating square numbers?
  3935. >
  3936.     Other than the obvious 11**2, 22**2, and 26**2, there is 264**2
  3937. which equals 69696.
  3938.  
  3939. >2. Are there any undulating cube numbers?
  3940. >
  3941.     Just 7**3 as far as I can tell, though I'm limited to IEEE computational
  3942. reals.
  3943.  
  3944. PauL M SchwartZ  (-Z-)  |  Follow men's eyes as they look to the skies
  3945. v206gb6c@ubvms.BitNet   |         the shifting shafts of shining
  3946. pms@geog.buffalo.edu    |        weave the fabric of their dreams
  3947. pms@acsu.buffalo.edu    |                    - RUSH -
  3948.  
  3949.  
  3950. ==> pickover/pickover.17.p <==
  3951. ~Title: Cliff Puzzle 17: Weird Recursive Sequence
  3952. ~From: cliff@watson.ibm.com
  3953.  
  3954. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  3955. address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  3956. you provide unique information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of
  3957. your response in addition to any responding you do in the newsgroup.  I
  3958. will assume it is OK to describe your answer in any article or
  3959. publication I may write in the future, with attribution to you, unless
  3960. you state otherwise.  Thanks, Cliff Pickover
  3961.  
  3962.       * * *
  3963.  
  3964.  
  3965. Consider the simple yet weird recursive formula
  3966.  
  3967. a(n) = a(a(n-1)) + a(n-a(n-1))
  3968.  
  3969. The sequences starts with a(1) = 1, and a(2) = 1.  The "future" values
  3970. at higher values of n depend on past values in intricate recursive ways.
  3971. Can you determined the third member of the sequence?  At first, this may
  3972. seem a little complicated to evaluate, but you can being slowly, by
  3973. inserting values for n, as in the following:
  3974.  
  3975. a(3) = a(a(2)) + a(3-a(2))
  3976. a(3) = a(1) + a(3-1) =
  3977. a(3) = 1+1 = 2
  3978.  
  3979. Therefore, the 3rd value of the sequence a(3) is 2.
  3980.  
  3981. The sequence a(n) seems simple enough: 1, 1, 2, 2, 3, 4, 4, 4, 5, ...
  3982. Try computing a few additional numbers.  Can you find any interesting
  3983. patterns?  The prolific mathematician John H Conway presented this
  3984. recursive sequence at a recent talk entitled "Some Crazy Sequences."  He
  3985. noticed that the value a(n)/n approaches 1/2 as the sequence grows and n
  3986. becomes larger.  Can you find a value, N, above which the sequence the
  3987. value of a(n)/n is always within 0.05 of the value 1/2?  (In other
  3988. words,
  3989. .eq vbar a(n)/n -1/2 vbar lt 0.05.
  3990. The bars indicate the absolute value.)
  3991.  
  3992.    A difficult problem? you ask.
  3993. John Conway offered $10,000 to the person to find the s-m-a-l-l-e-s-t
  3994. such N. A month after Conway made the offer, Colin Mallows of AT&T
  3995. solved the $10,000 question:  N = 3,173,375,556.  Manfred Shroeder has
  3996. noted that the sequence is "replete with appealing self-similarities
  3997. that contain the clue to the problem's solution."  Can you find any
  3998. self-similarities?  As I write this, no-one on the planet has found a
  3999. value for the smallest N such that a(n)/n is always within 0.01 of the
  4000. value 1/2.
  4001. .eq (vbar a(n)/n -1/2 vbar lt 0.01. )
  4002.  
  4003.  
  4004.  
  4005. ==> pickover/pickover.17.s <==
  4006. -------------------------
  4007.  
  4008. In article <1992Nov06.160358.101157@watson.ibm.com> you write:
  4009. : Title: Cliff Puzzle 17: Weird Recursive Sequence
  4010. : Consider the simple yet weird recursive formula
  4011. : a(n) = a(a(n-1)) + a(n-a(n-1))
  4012.  
  4013. The first 32 terms, and the ratio a(n)/n for each is as follows...
  4014.  
  4015. n   a(n)     a(n)/n
  4016. 1   1        1.0
  4017. 2   1        1.0
  4018. 3   2        .666
  4019. 4   2        .5
  4020. 5   3        .6
  4021. 6   4        .666
  4022. 7   4        .5714
  4023. 8   4        .5
  4024. 9   5        .5555
  4025. 10  6        .6
  4026. 11  7        .6363
  4027. 12  7        .5833
  4028. 13  8        .6153
  4029. ^Q^S14  8        .5714
  4030. 15  8        .5333
  4031. 16  8        .5
  4032. 17  9        .5294
  4033. 18  10       .5555
  4034. 19  11       .5789
  4035. 20  12       .6
  4036. 21  12       .5714
  4037. 22  13       .5909
  4038. 23  14       .6086
  4039. 24  14       .5833
  4040. 25  15       .6
  4041. 26  15       .5769
  4042. 27  15       .5555
  4043. 28  16       .5714
  4044. 29  16       .5517
  4045. 30  16       .5333
  4046. 31  16       .5161
  4047. 32  16       .5
  4048. 33  17 .... and so and....
  4049.  
  4050. off the top, we can see that on the 2^k (k a pos. int) terms, the
  4051. ratio goes to .5
  4052.  
  4053. between each of these, the ratio goes up and then drops back to .5
  4054. (ignoring the variances due to integer arithmatic)
  4055.  
  4056. the value of n at the maximum in each jump is halfway between the two
  4057. 2^k points.  The value of a(n) at those points seems to be
  4058. 2^(k-1) - f(k), where f(k) is some function that I cannot determine
  4059. without more computing power.... *sniff*
  4060.  
  4061. Therefore, we must find a value of x such that...
  4062. (2^(x-1)-f(x))/2^x - .5 <.05 (or whatever)
  4063. or
  4064. f(x)/2^x < .05
  4065.  
  4066. and then N would be .5*(2^x-2^(x-1))
  4067.  
  4068. if I could see the next terms up to 128, I might be able to calculate it...
  4069.  
  4070.  
  4071. --
  4072. Michael Neylon   aka Masem the Great and Almighty Thermodynamics GOD!
  4073.       //         | Senior, Chemical Engineering, Univ. of Toledo
  4074.   \\ // Only the |   Summer Intern, NASA Lewis Research Center
  4075. \  \X/   AMIGA!  |         mneylon@jupiter.cse.utoledo.edu           /
  4076.  --------+ How do YOU spell 'potato'?  How 'bout 'lousy'? +----------
  4077.     "Me and Spike are big Malcolm 10 supporters." - J.S.,P.L.C.L
  4078. -------------------------
  4079.  
  4080. In article <1992Nov06.160358.101157@watson.ibm.com> you write:
  4081.  
  4082. >John Conway offered $10,000 to the person to find the s-m-a-l-l-e-s-t
  4083. >such N. A month after Conway made the offer, Colin Mallows of AT&T
  4084. >solved the $10,000 question:  N = 3,173,375,556.
  4085.  
  4086. As I pointed out in my posting, this is incorrect, and differs from
  4087. Mallows' correct answer published in his article. But a bit of
  4088. ^Q^S^Qinvestigation shows that the above N is hardly a random guess, either.
  4089. Conway's sequence is best understood by analyzing it on "levels",
  4090. where the   k'th level is the set of integers between  2^k  and 2^(k+1).
  4091. It turns out that Mallows' correct answer, 6083008742, lies on level 32,
  4092. and the largest candidate answer on level 31 is  N=3173375556, the
  4093. number quoted above.
  4094.  
  4095. Where did you see the above value of N given as the answer to Conway's
  4096. question?
  4097.  
  4098. -tal    kubo@math.harvard.edu
  4099.  
  4100. p.s.  As I found out when I edited my posted response to your message,
  4101.       you either use lines longer than 80 characters in your postings,
  4102.       or else your editor appends extra linefeeds to each line.  Since
  4103.       both conditions could be problematic for a lot of people who read
  4104.       your messages on rec.puzzles, you might want to correct this
  4105.       condition.
  4106.  
  4107.  
  4108. ==> pickover/pickover.18.p <==
  4109. ~Title: Cliff Puzzle 18: Difficult Nested Roots
  4110. ~From: cliff@watson.ibm.com
  4111.  
  4112. If you respond to this puzzle, if possible please send me your name,
  4113. address, affiliation, e-mail address, so I can properly credit you if
  4114. you provide unique information.  PLEASE ALSO directly mail me a copy of
  4115. your response in addition to any responding you do in the newsgroup.  I
  4116. will assume it is OK to describe your answer in any article or
  4117. publication I may write in the future, with attribution to you, unless
  4118. you state otherwise.  Thanks, Cliff Pickover
  4119.  
  4120.       * * *
  4121.  
  4122. Consider the following nested set of square roots.
  4123.  
  4124. .eq ? = sqrt <1 + G sqrt <1+(G+1) sqrt < 1 + ... >>>
  4125.  
  4126. Here, G indicates "Googol" or  10**100.
  4127. The "<" and ">" symbols indicate where the beginning and ends of the
  4128. the nested roots.
  4129.  
  4130. 1. What is the value for in this infinite set of nested roots.
  4131. 2. What is the next term under the root?
  4132.  
  4133. Hint:
  4134. In 1911, the famous mathematical prodigy Srinivasa Ramanujan posed the
  4135. following question (#298) in a new mathematical journal called the
  4136. :Journal of the Indian Mathematical Society.
  4137.  
  4138. .eq ? = sqrt <1 + 2 sqrt <1+3 sqrt <1 + ... >>>
  4139.  
  4140.  
  4141. ==> pickover/pickover.18.s <==
  4142. -------------------------
  4143.  
  4144. In article <1992Nov11.221749.129578@watson.ibm.com> you write:
  4145. : Title: Cliff Puzzle 18: Difficult Nested Roots
  4146. : From: cliff@watson.ibm.com
  4147. : Consider the following nested set of square roots.
  4148. :
  4149. :  ? = sqrt <1 + G sqrt <1+(G+1) sqrt < 1 + ... >>>
  4150. :
  4151. : Here, G indicates "Googol" or  10**100.
  4152. : The "<" and ">" symbols indicate where the beginning and ends of the
  4153. : the nested roots.
  4154. :
  4155. : 1. What is the value for in this infinite set of nested roots.
  4156. : 2. What is the next term under the root?
  4157. : Hint:
  4158. : In 1911, a twenty-three-year-old Indian clerk named Srinivasa Ramanujan
  4159. : posed the following question (#298) in a new mathematical journal called
  4160. : the Journal of the Indian Mathematical Society.
  4161. :
  4162. :  ? = sqrt <1 + 2 sqrt <1+3 sqrt <1 + ... >>>
  4163. :
  4164. Doing a n-depth thing-a-ding on this.....
  4165. n=1   v=1
  4166. 2     1.732
  4167. 3     2.236
  4168. 4     2.5598
  4169. 5     2.7551
  4170. 6     2.867
  4171. ....
  4172. 20    2.99999376
  4173. ....
  4174. so I expect that the sum is actually 3.  Or in the general case when the
  4175. 2 (or the G from above) is replaced by m, then the evaluation of the series
  4176. is m+1.  This CAN be shown as follows....
  4177.  
  4178. m+1 = sqrt(1+m sqrt(1+(m+1)*sqrt(....))
  4179. m^2 + 2m +1 = 1 + m *sqrt(1 + (m+1)*sqrt(...))
  4180. m^2 + 2m = m*sqrt(1+(m+1)*sqrt(...))
  4181. ^S^Qm+2 = sqrt(1+(m+1)*sqrt(1+(m+2)*sqrt(...))
  4182.  
  4183. Thus if m+1 is then sum when the series is based off m, then m+2 is then
  4184. sum when the series is based off m+1.  Since this works for m=2 (as shown
  4185. above), then it must work for all whole numbers (mathematical induction is
  4186. such a wonderful thing...)
  4187.  
  4188. Therefore, the sum with m=G is G+1.
  4189.  
  4190. The next term, as show above, is (1+(m+2)*sqrt(1+....))
  4191.  
  4192.  
  4193. --
  4194. Michael Neylon   aka Masem the Great and Almighty Thermodynamics GOD!
  4195.       //         | Senior, Chemical Engineering, Univ. of Toledo
  4196.   \\ // Only the |   Summer Intern, NASA Lewis Research Center
  4197. \  \X/   AMIGA!  |         mneylon@jupiter.cse.utoledo.edu           /
  4198.  --------+ How do YOU spell 'potato'?  How 'bout 'lousy'? +----------
  4199.     "Me and Spike are big Malcolm 10 supporters." - J.S.,P.L.C.L
  4200.  
  4201.