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Mathe-Problem: Zahlungsmittel mit nur 3er und 8er Münzen

(Anonym) / 20 Antworten / Baumansicht Nickles

"In einem fernen Land gibt es als Zahlungsmittel nur Münzen zu 3 und 8 Einheiten. Zeigen Sie, dass man
a) jeden "ganzzahligen" Geldbetrag größer als 13 allein mit diesen Münzen bezahlen kann, ohne dass herausgegeben werden muss.
b) mit Herrausgeben jeden "ganzzahligen" Geldbetrag mit diesen Münzen bezahlen kann."

Wer kriegt mir dass bewiesen? Wir sind ne Weile drangesessen. Das Beweisverfahren muss (oder soll zumindest) vollständige Induktion sein.
Unser Ansatz für a) ist: 13 > 8K+3L , wobei L und K ganzzahlige Faktoren sind. Mit diesem Ansatz kann man allerdings beweeistechnisch relativ wenig anfangen! Weiterhin haben wir rausgefunden, dass es möglich ist jeden Geldbetrag größer 13 mit 0,1 oder 2 8er Münzen zu bezahlen!

Viel Spaß beim Rätseln!
Green

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frank (Anonym) „Mathe-Problem: Zahlungsmittel mit nur 3er und 8er Münzen“
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hi

ich weiss nicht hundertprozentig wie du es meinst, habe es aber so verstanden:
jeder betrag größer als 13: 14 = 2x3 + 1x8, 15 = 5x3, 16 = 2x8, 17 = 3x3 + 1x8, 18 = 6x3, 19 = 2x8 + 1x3, 20 = 4x3 + 1x8, 21 = 7x3, 22 = 2x8 + 2x6, 24 = 3x8 etc.
jeder betrag kann bezahlt werden: wenn ich 1 bezahlen muss, gebe ich
3x3 und bekomme 1x8 zurück, bei 2 g:1x8 z:2x6, 3 ist klar, bei vier
g:5x3 z: 1x3 + 1x8, bei 5 g:1x8 z:1x3, bei 6 ist klar 2x3, bei 7:
g:5x3 z: 1x8, 8 und 9 sind kein problem, bei 10 g:2x8 z:2x3, 11 und 12 sind wieder kein problem und 13 g:2x8 z:1x3
der rest ergibt sich ja oben.
hoffe dein rätsel ist gelöst. kannst ja mal schreiben ob es so gemeint war und ob es richtig ist.

cu

frank

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Da Grüne (Anonym) „Mathe-Problem: Zahlungsmittel mit nur 3er und 8er Münzen“
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Genau so wars gemeint! Jetzt ist das allerdings kein Beweis den du geliefert hast! Denn wer sagt mir, dass es auch noch bei 742 oder 287623473 funktioniert. Die Vorgehensweise muss folgende sein:
1. Term aufstellen (allgemeine Form s. Beispiel unten)
2. Induktionsanfang bilden
3. Induktionsschluss/schritt beweisen
4. Beweis gelungen

Beispiel:
Ich glaube es war Gauss, dem in frühen Kindesjahren im Matheunterricht wegen Störens eine Strafarbeit aufgegeben wurde: Er sollte alle Zahlen von 1 bis 100 addieren. Also 1+2+3+4...+99+100
Er überlegte eine Weile und kam auf die glorreiche allgemeine Form für n Folgenglieder: (n/2)*(n+1)
er konnte nun (relativ) einfach die Summe aller Zahlen bis zu n ausrechnen. Bsp.: Addition aller Zahlen bis 10: 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10=55
ODER
(10/2)*(10+1)=5*11=55

Diese allgemeinen Term ((n/2)*(n+1) kann man nun mit vollständiger Induktion beweisen:
Dazu beweise ich den ersten Schritt (Induktionsanfang):
für n=1 gilt dann (1/2)*(1+1)=1 was ja mit der "langen" Form übereinstimmt. Alle Natürlichen Zahlen bis 1 addiert ibt nämlich 1.
OK
Jetzt muss man nur noch beweisen, dass es jeweils mit dem nächsten Glied ebenfalls funktioniert. also dass wenn
1+2+3+...+(n-1)+n=(n/2)*(n+1)
dann
1+2+3+...+(n-1)+n+(n+1) =((n+1)/2)*((n+1)+1)

wenn ich jetzt bei der oberen Gleichung auf beiden Seiten (n+1) adiiere darf ich es mit den unteren Gleichsetzten.
Somit ergibt sich :
(n/2)*(n+1)+(n+1)= ((n+1)/2)*((n+1)+1)
Wenn man hier nun ausmultipliziert und vereinfacht kommt eine allgemeingültige Aussage zusatande, nämlich 1=1
Somit ist dieser allgemeine Term auf seine Gültigkeit für n gegen unendlich bewiesen.
Ich hoffe, dass jetzt das Beweisverfahren klar geworden ist (wenn überhaupt jemand so weit gelesen hat)

Also jetzt aber
Green

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Lars.L Da Grüne „Genau so wars gemeint! Jetzt ist das allerdings kein Beweis den du geliefert...“
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also das vonFrank war fast ein Beweis, denn er müsste nur die konkreten Kombinationen bis 27 aufstellen, und 28 ist dann ja 14+14 (schon gezeigt) sodass aus diesen Kombinationen jede ganze Zahl > 13 gebildet werden kann. Ist dann natürlich auch eine vollständige induktion, aber nicht so schön mathematisch formuliert. Aber bei so einer konstruierten Fragestellung geht es auch so anschlaulich, und das ist nie verkehrt.

Bob

Gruss Lars\"Duct tape is like the force. It has a light side, and a dark side, and it holds the universe together ...\" -- Carl Zwanzig
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frank (Anonym) „Mathe-Problem: Zahlungsmittel mit nur 3er und 8er Münzen“
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hi

sorry, bin kein mathegenie und ist auch schon zu lange her. beweis
kann ich dir nicht bringen, das es auch bei deinen zahlen klappt (tut es aber ;-) ), das ist doch beweis genug.

cu

frank

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(Anonym) Nachtrag zu: „Mathe-Problem: Zahlungsmittel mit nur 3er und 8er Münzen“
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Sag deinem fernen Land, sie sollen den Euro nehmen, dann klappts auch mit dem Rechnen!

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firesnake (Anonym) (Anonym) „Mathe-Problem: Zahlungsmittel mit nur 3er und 8er Münzen“
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Etwas saubere Induktion für die Summenformel S(n) von 1 bis n:
(IA) n=1 klar ;-)
(IV) sei n in N bel. aber fest und gelte S(n) = 1/2n(n+1)
(IB) S(n+1) = 1/2(n+1)(n+1+1)
(IS) S(n+1) = 1+2+3+...+n+n+1 = (hier fließt die IV ein - ganz wichtig...) = 1/2n(n+1) + n+1 = ... = 1/2(n+1)(n+2) q.e.d

zu a)
Im (IS) gibt es 3 Fälle (k in N):
1.Fall: 3k+8 (k>1) => 14,17,20,23,...
2.Fall: 3k (k>4) => 15,18,21,24,...
3.Fall: 3k+ 2*8 (k>=0) => 16,19,22,25,...
Somit lässt sich Menge der natürlichen Zahlen > 13 in genau 3 Äquivalenzklassen zerlegen...die zusammen alle Zahlen größer 13 ergeben,
d.h wenn man ein bel. Zahl n>13 hat, gibts 3 Kongruenzen:
(x kongruent y modulo z es ex. ein k in N mit k*z=x-y)
(die Differenz aus x und y ist glatt durch z teilbar)
a) n kongruent 0 mod 3 = n kongruent 0 mod 3
b) n kongruent 8 mod 3 = n kongruent 2 mod 3
c) n kongruent 16 mod 3 = n kongruent 1 mod 3

PS: Wer an sowas Spass hat, ist im Informatikstudium gut aufgehoben ;-)

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(Anonym) firesnake (Anonym) „Etwas saubere Induktion für die Summenformel S n von 1 bis n: IA n 1 klar - IV...“
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Zu Deinem P.S.:
Ich mach das und ich hab an dem Scheiß eigentlich keinen allzugroßen Spaß. Aber nun ja. Ana und LA gehn auch vorbei...

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Da Grüne (Anonym) „Mathe-Problem: Zahlungsmittel mit nur 3er und 8er Münzen“
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Was ist modulo? y modulo z?
Und wie packe ich diese drei Fälle in einen allgemeinen Term?
Oder brauche ich da dann garkeinen Term?
Trotzdem Danke und Gruß

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firesnake (Anonym) Da Grüne „Was ist modulo? y modulo z? Und wie packe ich diese drei Fälle in einen...“
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modulo ist ganzzahlige Division mit Rest, wie mans mal in der Grundschule hatte ;-) 20 durch 3 = 6 Rest 2 (also 20 modulo 3 = 2) oder z.B. 20 mod 5 = 0, dabei liegt bei y mod z das Ergebnis zw. 0 und z-1.
die 3 Fälle kann man meines Erachtens nach nicht zusammenpacken - bei solchen Aufgaben ist meist ne Induktion schon etwas tricky (einbringen der IV, Schritt von n auf n+1, Zusammenfassung von IS und IB) - formal kann man es sicher noch besser machen wie ich - der Weg dürfte aber richtig sein...

ne andere Induktion:
Beh.: jede Zahl n>=2 besteht komplett aus Primteilern, z.B. 210 = 2*3*5*7, 50 = 2*5*5, 99 = 3*3*11
Dazu wird definiert:
1) 2 ist Primzahl
2) eine Primzahl besteht aus Primteilern (nämlich nur sich selbst)

(IA) n=2 (o.k. nach Vorraussetzung/Definition)
(IV) sei n beliebig, aber fest und bestehen alle Zahlen x (2 aus Primteilern
(IB) => n+1
Fall 1) n+1 ist Primzahl: nach Vorraussetzung/Definition o.k.
Fall 2) n+1 ist nicht Primzahl:
nach (IV) existieren 2 Zahlen a,b aus N mit a*b=n+1 q.e.d.

Soll zeigen, dass ne Induktion manchmal nicht so einfach ist - hier wird mit ein paar Zeilen gezeigt, dass alle Zahlen außer 1 aus Primzahlen bestehen (ich fand diese Tatsache in der Vorlesung erstmal verblüffend sowie die Art des Beweises...)


noch ne lustige Induktion, wo ich schon dabei bin:
BEH: Alle Autos haben dieselbe Farbe.
1 Auto hat dieselbe Farbe wie es selbst (IA). Annahme: je n Autos A1,A2,...,An haben dieselbe Farbe (IV). Von n+1 Autos haben nach IV die ersten n Autos A1,...,An und die letzten n Autos A2,...,An+1 dieselbe Farbe. Dann hat das (n+1)-te Auto dieselbe Farbe wie die Autos A2,...,An, die wiederum dieselbe Farbe wie die ersten n Autos A1,...,An haben müssen, da ein Auto seine Farbe nicht wechselt, so dass schließlich alle n+1 Autos A1,...,An+1 dieselbe Farbe haben - q.e.d.

Tja der Fehler liegt nur bei n=1! Ansonsten ist die Induktion 100% korrekt...dass Induktion funktioniert, kann (muss) man noch mit den Peano-Axiomen beweisen ;-)

Gruss firesnake

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(Anonym) Nachtrag zu: „Mathe-Problem: Zahlungsmittel mit nur 3er und 8er Münzen“
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sagt mal, ihr wisst nicht was modulo ist?????
ich hab im übrigen auch grad streß mit dem info studium. das ist allerdings primitiver scheiß.
;)
tja, cu

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T.G (Anonym) „Mathe-Problem: Zahlungsmittel mit nur 3er und 8er Münzen“
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Also,
ich hab das Zeug irgendwann auch mal gelernt (nee, nicht gelernt, sondern gehabt). Beweisverfahren, Induktion usw.
1. Mit der physikalischen Induktion kann ich mehr anfangen (Stromerzeugung Generator z.B.)
2. Den ganzen Mist hat uns die Mathelehrerin in der "Spasstunde" vor den Ferien vermiest mit dem "Beweis durch Widerspruch":
Keine Ahnung wie, aber die ganze Tafel war vollgeschrieben und zum Schluß stand da 1=2. Jeder Schritt mathematisch korrekt und nachvollziehbar. Nix mehr mit allgemeingültige Aussage.
Für sowas bin ich zu sehr Praktiker, kann damit nix anfangen.

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Herminator (Anonym) „Mathe-Problem: Zahlungsmittel mit nur 3er und 8er Münzen“
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Scheiss Mathe!!!!!

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Da Grüne (Anonym) „Mathe-Problem: Zahlungsmittel mit nur 3er und 8er Münzen“
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Ich hab die Lösung! Falls es jemanden interessiert kann ichs aufschreiben (ist ein bissele länger). Wenn net lass ichs! Ganz nachvollziehen kann ichs auch nicht!
@firesnake: Irgendwas stimmt da nicht! Soviel ich weiß wurde der Beweis (mit den Primzahlen) noch nie gebracht! Im Prinzip wäre das ja auch gleichzeitig der Beweis, dass es unendlich viele Primzahlen gibt, oder? Und der ist noch nicht erbracht!
Gruß und danke für deine Mühe (acuh wenn ichs net ganz kapiert hab was du da geschrieben hast!)

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firesnake (Anonym) Da Grüne „Ich hab die Lösung! Falls es jemanden interessiert kann ichs aufschreiben ist...“
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Der Primzahlenbeweis ist korrekt - besser formuliert wäre es zu sagen, dass jede (!) Zahl sich als ein Produkt von Primzahlen darstellen läßt (Der Beweis wurde bei mir in einer Vorlesung gebracht...)

Ich bin mir nicht ganz sicher, ich glaube aber, dass man mit nem anderen Beweis einfach zeigen kann, dass es unendlich viele Primzahlen gibt... (ich werd mal nachschauen ;-)

Du könntest die Lösung ja mal skizzieren...

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Da Grüne firesnake (Anonym) „Der Primzahlenbeweis ist korrekt - besser formuliert wäre es zu sagen, dass...“
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ja IST denn das nicht ein Beweis für unendlich viele Primzahlen? Denn Wenn ich jede Zahl gegen unendlich mit Primzahlen darstellen darf, müssen doch auch die Primzahlen zwangsläufig ins unendliche gehen(vorrausgesetzt man darf nicht mehrere gleiche P.Zahlen nehmen!).
Gruß

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firesnake (Anonym) Da Grüne „ja IST denn das nicht ein Beweis für unendlich viele Primzahlen? Denn Wenn ich...“
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Mag wohl sein, aber anders, wie ichs schon meinte, gehts auf jeden Fall(mir oder dir mag so ein anschaulicher Beweis reichen, nem echten Mathematiker NICHT, n gegen oder gleich unendlich lässt sich formal nicht faktorisieren!):

Annahme: es gibt endlich viele Primzahlen, d.h. P ist endliche Menge mit P={p1=2,p2=3,p3=5,p4=7,p5=11,...,pn}. Setze m:= 1+p1*p2*...*pn mit n in N.

m in N, m >= 2 => m besitzt Primteiler p (habe ich schon bewiesen ;-) => p = pi für ein i in {1,2,...,n} (i ist hier der Index, z.B. p=pi=p3=5)

pi ist Teiler von m und pi ist Teiler von p1*p2*...*pn(klar oder?!) => pi ist Teiler von m-p1*p2*pn = 1 (siehe Kongruenzen...)

=> pi ist Teiler von 1 => pi = 1 Widerspruch ! Das logische Gegenteil gilt also, d.h. es gibt unendliche viele Primzahlen.

Dies wurde übrigens schon von Euklid ca. 300 v. Chr. bewiesen. Schon unglaublich mit was die sich schon auseinandergesetzt haben ;-)


PS: Wie kommst du darauf??:

"Soviel ich weiß wurde der Beweis (mit den Primzahlen) noch nie gebracht! Im Prinzip wäre das ja auch gleichzeitig der Beweis, dass es unendlich viele Primzahlen gibt, oder? Und der ist noch NICHT erbracht!"

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Da Grüne (Anonym) „Mathe-Problem: Zahlungsmittel mit nur 3er und 8er Münzen“
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Weil das erst vor einer Woche unser Mathelehrer gesagt hat!
Außerdem: 1 ist keine Primzahl! War auch überrascht, aber eine Primzahl ist nicht dadurch definiert (wie auch ich bis vor kurzem gedacht habe) ,dass sie nur durch eins und sich selbst geteilt werden kann, sondern ,dass sie genau(!) zwei Teiler hat. Und da scheidet die 1 wohl aus!

Das mit den Primzahlen schau ich nachher mal noch nach! Hab da ein geniales Buch ("Fermats letzter Satz"), da steht eigentlich die gesamte mathematische GEschichte drin! Wenn ich noch Zeit hab schreib ich's noch rein!
Gruß

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firesnake (Anonym) Da Grüne „Weil das erst vor einer Woche unser Mathelehrer gesagt hat! Außerdem: 1 ist...“
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Hehe, also meiner subj. Erfahrung nach werden die Leute Lehrer, die es nicht schaffen, in dem entspr. Fach ihr Diplom zu erwerben ;-) Wer also in Mathe oder Informatik früh merkt, dass das Diplom nichts wird, wird Lehrer. Fachlich hat z.B. ein Info-Lehrer schon nach 3 Semestern das meiste geschafft bis auf den Didaktik/Pädagogik-Krams...
Teilweise ist es hier an der Uni so, dass die Übungsleiter, was sie korrigieren und nicht verstehen(da die Musterlösung anders aussieht) als falsch werten (auch wenns vielleicht nen genialer Beweis war)

Korrektur zur 1: Sie ist NUR per Definition keine Primzahl, denn eine Primzahl p ist darüber definiert, dass sie >=2 (!) ist und 1 und p als einzige pos. Teiler hat. (Somit wäre 1*1=1 richtig, es sei denn, man def. 1 ungleich p ) Wäre 1 Primzahl, hätte mein Beweis gar nicht geklappt, da dann pi=1 korrekt gewesen wäre ;-) - Ich hoffe ja, dass die Beweise so einigermaßen verständlich waren?

Gruss firesnake

PS: Hast du ihn denn mit seiner (Falsch-)Aussage mal konfrontiert ;-)

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Da Grüne (Anonym) „Mathe-Problem: Zahlungsmittel mit nur 3er und 8er Münzen“
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Du bist Informatikstudent? Was willste denn damit später machen? Gibts nicht schon viel zuviele Informatiker?
Der Beweis das es unendlich viele P.-Zahlen gibt wurde (wie von dir schon gesagt) tatsächlich schon 300 v.Chr. von Euklid erbracht!
Hätte ich mir nur die Arbeit gemacht und den verdammten Beweis für unser Münzenproblem gepostet! Hab heute ne Klausur geschrieben undwas kam dran? - "Beweisen sie mit vollständiger Induktion, dass alle Zahlen größer 7 durch die Summe von Vielfachen aus 3 und 5 darstellen lässt." Und ich wusste natürlich nichtmehr wie dieser SCh... SChwachsinn funktioniert! Naja was solls!

Gruß an den allwissenden (Naja sagen wir lieber mehr als ich wissenden) Firesnake ;.)

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firesnake (Anonym) Da Grüne „Du bist Informatikstudent? Was willste denn damit später machen? Gibts nicht...“
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Ja, ich bin vor einem Jahr angefangen, aber nicht, weils der Schröder wollte ;-) Dieses Semester rennen die Leute auch wie die Lemminge in das Fach, obwohl sie von nix Ahnung haben.
Soviele wird der Markt in ein paar Jahren sicher nicht brauchen - aber zum Glück kriegt mehr als die Hälfte der Anfänger kein Diplom - Mathe sei dank ;-)

Gruss vom (nicht allwissenden) firesnake

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