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高鐵座位為什麼設計成2人座和3人座?

作者:中科院實體所

火車硬座和動車、高鐵的座位大多是安排3+2的座位數,中間是過道。為什麼這樣設計?

也許有人會說:當然是為了搭載更多乘客。其實,如此設計的理由除了乘坐舒适度、空間容納等因素外,還有數學上的考慮。

那麼,這樣安排到底有什麼好處呢?

高鐵座位為什麼設計成2人座和3人座?
高鐵座位為什麼設計成2人座和3人座?

想象一下,你和家人、朋友坐高鐵出行,大家都想彼此的座位挨着,不願與同伴分開。

此時,如果出行人數為2個人可以選2人座,3個人正好選3人座,人數更多如4個人,可以選2排2人座,5個人的話,可以2人座和3人座各選一排,這樣剛好能坐下且彼此不分開。

沒錯,3+2的座位設計正是考慮到了可以讓群體旅客相鄰而坐而不分開。

也許有人會問,人數更多的時候也能保證大家坐在一起嗎?

這個問題我們可以換個表述:“2以上的所有整數能不能通過将2和3這兩個數适當相加來得到?”

總人數為偶數的時候,除以2(2人座)正好夠配置設定,這點不難看出。如果是奇數,也可以選一排3人座,剩餘人數除以2(2人座)。

也就是說,隻要座位是2人和3人的,不管一個群體有多少個人(2個人以上),都能實作群成員彼此相鄰而坐,不會有人落單或與陌生人拼座。

高鐵座位問題是根據弗羅貝尼烏斯硬币問題(Frobenius Coin Problem)改編的。原問題是:“給定幾種面值的硬币,不能用這些硬币支付的最大金額是多少?”

這個問題以德國數學家弗羅貝尼烏斯(F. G. Frobenius,1849~1917)的名字命名。

高鐵座位為什麼設計成2人座和3人座?

弗羅貝尼烏斯,德國數學家

圖檔來源:Wikipedia

例如,如果隻有3元和5元面值的硬币,那麼,無法支付的最大金額是7元(下圖,此處為了舉例友善,假設有3元和5元的硬币币值)。

高鐵座位為什麼設計成2人座和3人座?

高鐵座位和弗羅貝尼烏斯硬币問題的關鍵點,都是看數字之間是否互為素數,如2和3、3和5等。如果兩個或多個整數的公因數隻有1,則這兩個或多個數是互素的。當兩個數互素時,它們可以組成任何大于某個值的數。

在弗羅貝尼烏斯硬币問題中,假設有A、B兩種面值的硬币,且A和B互素,此時,用這兩種硬币無法支付的最大金額是:

A×B-A-B=(A-1)(B-1)-1

代入具體數字(A=3, B=5)計算,答案是7。是以,用3元和5元硬币能支付8及以上的任何金額。

END

奇怪的知識是不是又增加了?

來源:科學世界

編輯:阿泊

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