數學與《紅樓夢》
《紅樓夢》是我國的四大古典文學名著之一,在國外也很出名。按照紅學家們的說法,這部巨著的前80回的作者是曹雪芹,後40回的作者則是高鄂。這種意見對不對?數學家們用自己的方法對此作出了判斷。
用數學方法判斷一部文學作品的作者,國外早有先例,如《靜靜的頓河》一書是不是前蘇聯作家肖洛霍夫所寫,這個問題曾經引起了很大的爭論,最後還是數理語言學中的統計方法幫上了忙,確立了肖洛霍夫的作者地位。
我們知道,每個人寫作的風格都有所不同,古人也不例外。有的也許喜歡用“之”“乎”,有的或許更喜歡用“者”“也”。根據常用字在文中出現的次數多少(稱為頻率),就可以看出風格上的差別,這樣一來,誰是作者便不言自明了。
根據這樣的道理,我國學者李賢平運用47個虛字在《紅樓夢》的每一回中出現的頻率,通過計算距離等各種統計方法,探索了這部書各回寫作風格的接近程度,結果發現,紅學家們的說法是正確的。紅學家們的說法第一次用數學方法得到了證明和補充。
這一成果以“紅樓夢成書新說”為題刊載於1987年《複旦學報》社科版第3期上,是中國文學史上用數學方法研究文學最成功且最轟動的一次。
國王賞不起的米
古印度有個國王,非常愛玩,有一次下令在全國張貼招賢榜:如果誰能替國王找到奇妙的遊戲,將給予重賞。
一個術士揭了招賢榜。他發明了一種棋,使國王玩得舍不得放手。國王高興地問術士道:“你對本王的賞賜要求些什麼?”術士趕忙拜倒:“大王陛下在上,小小術士沒有特殊的要求,隻請大王在那棋盤的第一個格子裏放下一粒米,在第二個格子裏放下兩粒米,在第三個格子裏放下4粒米,然後在以後的每一個格子裏都放進比前一個格子多一倍的米,64個格子放滿了,也就是我要求的獎賞了。”國王一聽,這點米算什麼,就一口答應了。可是,當找來算師一五一十地算了以後,使國王大吃一驚,原來這些米可以覆蓋全地球,全世界要幾百年才能生產出來,根本無法賞給這位術士。
為什麼這個棋盤裏的米會有這麼多呢?
讓我們算一算看:
第一個格子裏是1粒,第二個格子裏是2粒,一共有3粒,或者,等於:
2×2-1=3。
加上第三個格子的4粒,一共是7粒,即
2×2×2-1=7
再加上第四個格子的8粒,共有15粒,即
2×2×2×2-1=15。
也等於:
24-1=15
所以,從第一格到第四格的米粒數就等於2的4次乘方減去1。那麼,從第1格到第64格的米粒數,將等於2的64次乘方減去1,即:
2×2×2……×2-1=264-1
64次
=18446744073709551615。
為什麼這個數字會這麼驚人呢?原來這個術士聰明地運用了數學上的幾何級數,那是把2作為基本倍數,棋盤上的格數作為這個基本倍數的乘方,即2的n次方。棋盤上一共有64格,n就等於64,但是要減去第一格上那一粒米的數值,即264-1;然後再除以基本倍數減去第一格上數值的差,即2-1。這樣,
2n-12-1=264-11=264-1。
看來,一粒米、兩粒米這個數目很小,算不得什麼,可是,用幾何級數一算,卻成為一個不可想象的巨大數字。愚蠢的國王怎能領會幾何級數的奧妙呢。