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2026年8月1日 星期六

【數感生活——公廁裡的兩捲衛生紙】

 公廁裡的兩捲衛生紙


使用公共廁所最困擾的莫過於上完後發現衛生紙沒了!如果是野外求生還可以勉強就地找一片葉子(我沒有!),但公廁裡什麼都沒有,科技不發達時還有機會帶報紙或書(我也沒有帶這些去公廁!),現在你只能盯著手機,搖搖頭放棄這個選項。

為了避免如此尷尬的場景,某些公廁會準備兩卷衛生紙,並且提醒使用者「先用左邊」,或是「先用比較少的那邊」。然而,標語往往反映的是有一群不願意遵守的人。當今天有些人就是愛用比較多的那捲衛生紙,到底會發生什麼事呢?

數學家早在1984年就完整分析過這個問題了。他們將使用者分成兩類人:

第一類人總是用多的那捲衛生紙

第二類人用少的那捲衛生紙

每次進來廁所,有p的機率是第一類人,(1-p)的機率是第二類人。再來,他假設兩捲衛生紙一開始的數量一樣多,都是n,每次衛生紙都剛好用1張。

分析結果發現,在衛生紙張數非常多的情況下,假如超過一半的人愛用大捲衛生紙(p>0.5),則當一捲衛生紙用完,另一捲衛生紙剩下p÷(2p-1)張。

舉例來說,當p=0.9,平均只剩下1.125張,是相當危險的狀況,很可能在管理員還沒來補衛生紙前,就會面臨到兩捲都空的窘境。如果拿大捲的人少一點,p=0.6,則一捲用完時另一捲剩下的張數會稍微多一點,變成3張。雖然有變好一點,可危機依然存在。這是因為太多人喜歡拿大捲衛生紙,導致兩捲衛生紙數量總是差不多。

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如果今天懂得體諒他人,使用小捲衛生紙的人比較多,也就是p<0.5,剩下來的張數為(1-2p) ÷(1-p)×n+ p÷(1-2p)。以p=0.1來看,一捲用完時,另一捲還有0.89n+0.125,還剩下將近9成的衛生紙可以使用,有非常充分的時間讓管理員補貨了。

就算是p=0.4,一捲用完時,另一捲剩下的量也有0.33n+2,依然有超過原來1/3的衛生紙量可以使用。

這項研究是美國數學家高德納(D.E. Knuth)所做,身為現代電腦科學最重要的數學家之一,你平常用的電腦網路技術,很有可能就有一部分是他貢獻的。正是一位懂得活用數學的數學家,才會在上廁所時也想到該應用數學。

資料來源:
https://www.facebook.com/numeracylab/posts/%E6%95%B8%E6%84%9F%E7%94%9F%E6%B4%BB%E5%85%AC%E5%BB%81%E8%A3%A1%E7%9A%84%E5%85%A9%E6%8D%B2%E8%A1%9B%E7%94%9F%E7%B4%99%E4%BD%BF%E7%94%A8%E5%85%AC%E5%85%B1%E5%BB%81%E6%89%80%E6%9C%80%E5%9B%B0%E6%93%BE%E7%9A%84%E8%8E%AB%E9%81%8E%E6%96%BC%E4%B8%8A%E5%AE%8C%E5%BE%8C%E7%99%BC%E7%8F%BE%E8%A1%9B%E7%94%9F%E7%B4%99%E6%B2%92%E4%BA%86%E5%A6%82%E6%9E%9C%E6%98%AF%E9%87%8E%E5%A4%96%E6%B1%82%E7%94%9F%E9%82%84%E5%8F%AF%E4%BB%A5%E5%8B%89%E5%BC%B7%E5%B0%B1%E5%9C%B0%E6%89%BE%E4%B8%80%E7%89%87%E8%91%89%E5%AD%90%E6%88%91%E6%B2%92%E6%9C%89%E4%BD%86%E5%85%AC%E5%BB%81%E8%A3%A1%E4%BB%80%E9%BA%BC%E9%83%BD%E6%B2%92%E6%9C%89%E7%A7%91%E6%8A%80%E4%B8%8D%E7%99%BC%E9%81%94%E6%99%82%E9%82%84%E6%9C%89%E6%A9%9F%E6%9C%83%E5%B8%B6%E5%A0%B1%E7%B4%99/2057461170941565/



2026年5月1日 星期五

超越 3.14:一部伺服器,挑戰 314 兆位圓周率

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圓周率可以計到幾多位?

提到圓周率 ,好多同學第一時間都會諗起 3.14。 但其實, 是一個無限不循環小數,後面仲有無窮無盡的數字,而且永遠唔會出現固定重複的模式。

正因為咁,全世界的電腦工程師和數學迷,都好鍾意用「計圓周率」來測試電腦的速度和穩定性,變成一種「極限挑戰」。

314 兆位圓周率是甚麼概念?

最近,美國科技媒體 StorageReview 用一部伺服器,成功將圓周率計算到小數點後 314 兆位,打破世界紀錄。 「兆」即是 ,314 兆位即是 314,000,000,000,000 位小數,非常誇張。

如果你每秒讀一個數字,24 小時不睡不休,要幾百萬年先讀得完,幾乎可以當作「讀一世都讀唔完」的長度。

其實科學家用唔用得着?

有趣的是,科學實際上根本用唔到咁多位數字。 例如有資料指,只要知道圓周率到小數點後大約 37 位,已經足夠用來精確計算可觀測宇宙的尺寸。

咁點解仲要計到 314 兆位?原因不在於「要更多數學精度」,而是想測試電腦系統在超長時間、高負載之下,能否仍然保持穩定和可靠,例如處理器速度、記憶體、儲存裝置讀寫速度等。

電腦點樣頂得住 4 個月?

今次計算由一部 Dell PowerEdge R7725 伺服器負責,配備兩顆 AMD EPYC 處理器,合共有幾百個運算核心,以及大約 1.5 TB 記憶體。 系統仲連接了大量高速 NVMe SSD,提供大約每秒 280 GB 的數據傳輸量,用來處理龐大的中間計算結果。

整個計算過程大約用咗 3 至 4 個月,伺服器要日日夜夜不停運作,期間不斷讀寫巨量臨時檔案,一旦有任何硬件出錯或儲存損壞,前功盡廢。 正因如此,打破紀錄同時亦證明咗佢哋的系統設計非常可靠。

對中學生有甚麼啟發?

對香港中學生而言,這個故事可以俾你幾個啟示:

·        數學概念(例如圓周率)可以連接到真實科技應用,用來測試電腦和儲存系統。

·        「世界紀錄」背後,其實是電腦科學、工程、數學多方面合作的成果。

·        即使是你在課本中見到的一個常數,都可能變成工程師在現實世界測試極限的工具。

下次再見到 3.14,不妨諗一諗:在你書本以外, 其實已經被人計到 314 兆位這麼遠了。你會唔會都想有一日,用自己寫的程式,去挑戰電腦的極限呢?

延伸閱讀

2026年1月1日 星期四

探古尋源 - 希臘字母

 各位高中同學, 



在數學科或/及其他學科中, 很多時候都會用到希臘字母去代表未知的量和變數. 其實大家有沒有了解過它的歷史及在日常生活/學習中的應用.

請看看 電視節目的講解.

延伸閱讀:

探古尋源

2025年8月28日 星期四

生活中的環保數學


現今社會十分重視環保,例如:水資料的使用、碳排放的情況,這些可持續發展與我們的生活有著密切的關係。以下有3道有關
環保的題目,不如大家思考下:

-------------------------------------------思考站----------------------------------------------

1. 你知道日常生活中,有哪些物品可以回收再用嗎?

2. 如果一個家庭每星期使用5個塑膠瓶,1年會使用塑膠瓶多少個?這些塑膠瓶如果不回收,會對環境造成甚麼影響?

3. 你覺得減少用紙對環境有甚麼好處?我們如何用數學來幫助計算減少用紙後,能節省多少樹木?

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不知大家有沒有答案呢?文章最後便會公佈參考答案。但大家有沒有發現有2題與數學有關?事實上,數學不僅是課本上的公式和計算,更是解決環境問題的強大工具。從資源管理到氣候變化,數學幫助我們量化問題、預測趨勢並制定有效策略。

1. 資源管理:節水與節能

  • 水資源:每人每天平均用水約100升,一個四口之家每天消耗400升。若安裝節水裝置,每人每天節省10升,全家每月可節水1,200升,長期下來能大幅減少浪費。

  • 能源:數學幫助計算太陽能效益。例如,若家庭每月電費600元,改用太陽能可節省50%,即300元,同時減少碳排放。

2. 氣候變化與廢物處理

  • 碳排放:科學家用「回歸分析」建立二氧化碳與氣溫的關係,預測未來暖化趨勢。

  • 廢物回收:若城市每日垃圾量1,000噸,回收率30%,即每天300噸可轉化為再生資源,減少堆填區負荷。

3. 生活中的環保數學

  • 一個家庭每週用5個膠瓶,一年累積260個。回收這些膠瓶可減少海洋污染。

  • 節約用紙能保護樹木:每噸紙需砍伐17棵樹,少用1噸紙即拯救17棵樹。

數學讓我們用科學方法實踐環保,為地球創造更永續的未來! 🌍♻️

--------------------------------------思考站的參考答案----------------------------------------

1. 你知道日常生活中,有哪些物品可以回收再用嗎?

日常生活中,常見的可回收物品包括紙張、塑膠瓶、玻璃瓶和金屬罐等。

2. 如果一個家庭每星期使用5個塑膠瓶,1年會使用塑膠瓶多少個?這些塑膠瓶如果不回收,會對環境造成甚麼影響?

一個家庭每星期使用5個塑膠瓶,1年使用5 × 52 = 260個。如果不回收這些塑膠瓶,這些廢物便會對環境造成污染,影響生態系統。

3. 你覺得減少用紙對環境有甚麼好處?我們如何用數學來幫助計算減少用紙後,能節省多少樹木?

減少用紙可以保護樹木,減少森林砍伐。數學可以幫助計算節省的紙張量,從而估算減少的樹木砍伐數量。例如,每噸紙張需要砍伐17棵樹,減少使用1噸紙張,便可以減少砍伐17棵樹。

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延伸閱讀:從數學到環保,一探諾貝爾獎外的九大卓越獎項
https://technews.tw/2024/10/09/some-scientists-may-never-win-a-nobel-but-they-still-deserve-big-prizes/ 

來源網址 : 環保中的數學星島教室 | 星島頭條 https://www.stheadline.com/learning/3441535/

2025年5月1日 星期四

數學與AI:如何讓數學學習變得更有趣

 

數學與AI:如何讓數學學習變得更有趣

在當今的數字時代,人工智能(AI)工具已經成為我們生活的一部分,尤其是在學習中。最近,国产AI大模型DeepSeek引起了廣泛關注。那么,中學生如何利用AI來提升數學學習呢?

AI在數學學習中的挑戰

在深圳一所中學的調查中,發現學生們並沒有使用AI工具來完成數學作業。原因主要有以下幾點:

  1. 輸入困難:數學作業中涉及大量公式和幾何圖形,學生們覺得將題目輸入到AI工具中較為複雜。

  2. 方法不匹配:AI提供的解題方法可能與當前學習的內容不一致,或者答案格式不符合學校的要求。

  3. 家長限制工具使用:部分家長對學生使用電子設備有一定限制,這減少了學生接觸AI工具的機會。

AI如何幫助數學學習

雖然AI在數學作業上尚未被廣泛使用,但它仍然可以在數學學習中發揮作用:

  1. 拓展知識:AI可以幫助學生將抽象的知識點與現實世界聯繫起來。例如,在學習統計學時,AI可以展示統計學在現實生活中的應用。

  2. 激發思維能力:學生可以通過觀察AI的思考方式來激發自己的思維能力,例如從多個角度分析問題。

如何正確使用AI

在使用AI工具時,學生需要注意以下幾點:

  1. 不可過度依賴AI:數學學習的核心在於培養獨立思考和解題能力。過度依賴AI可能會削弱這些能力。

  2. 將AI作為輔助工具:AI可以幫助學生拓展知識邊界和解決實際問題,但不應成為學生的依賴。

結語

AI工具可以在數學學習中扮演輔助角色,幫助學生拓展知識和激發思維能力。然而,學生需要保持獨立思考的能力,並學會正確使用AI工具。通過這樣的方式,數學學習將變得更加有趣和有效。

延伸閱讀:

https://epaper.oeeee.com/epaper/A/html/2025-02/16/content_1165.htm