Рэймонд Смаллиан - Принцесса или тигр?

— Видишь ли, моя машина действительно воспринимает только числа, начинающиеся с цифры 2 или 3, но даже среди них не все числа оказываются допустимыми. Когда-нибудь я построю машину побольше, чтобы она могла воспринимать большее количество чисел.

— А какие числа, начинающиеся с цифры 2 или 3, оказываются неприемлемыми для твоей машины? — спросил Крейг.

— Ну, например, не является допустимым число 2, поскольку оно не попадает под действие ни правила 1, ни правила 2; однако любое многоразрядное число, начинающееся с цифры 2, является допустимым. Не будет, например, допустимым число, состоящее из одних только троек. Кроме того, не являются допустимыми числа вида 32, 332 или числа, задаваемые в виде произвольной цепочки троек, за которыми следует цифра 2. В то же время для любого числа X допустимыми будут числа 2 X , 32 X , 332 X и т. д. Короче говоря, допустимыми числами являются только числа вида 2 X , 32 X , 332 X , 3332 X , а также любая цепочка троек, за которыми следуют цифры 2 X . Далее, поскольку число 2 X порождает X, а число 32 X порождает ассоциат числа X, то число 332 X в свою очередь порождает ассоциат ассоциата числа X — число, которое логично называть двойным ассоциатом числа X, а соответственно число 3332 X будет давать нам ассоциат ассоциата числа X — это число будем называть тройным ассоциатом числа X — и т. д.

— Вот теперь я понял все до конца, — удовлетворенно заметил Крейг. — Правда, мне бы хотелось еще узнать, о каких это забавных свойствах твоей машины ты упоминал?

— Тут-то мы как раз и приходим к различного рода комбинаторным головоломкам, — пояснил Мак-Каллох. — О некоторых из них я и хочу тебе рассказать!

1. — Начнем с самого простого примера, — сказал Мак-Каллох. — Пусть имеется число N, которое порождает само себя; значит, когда ты вводишь его в машину, она выдает тебе то же самое число N. Не мог бы ты найти такое число?

2. — Прекрасно, — одобрил Мак-Каллох, когда Крейг показал ему свое решение. — А теперь еще об одной интересной особенности этой машины. Пусть имеется число N , которое порождает ассоциат самого себя; другими словами, если ты вводишь в машину число N, то она выдает тебе число N 2 N. Не сможешь ли ты отыскать это число?

Эта задача показалась Крейгу несколько труднее предыдущей, но в конце концов он справился и с ней. А вы сумеете ее решить?

3. — Превосходно, — сказал Мак-Каллох, взглянув на решение Крейга. — Единственно, что хотелось бы мне знать, — это каким путем ты шел, чтобы найти исходное число N: так сказать, методом «тыка» или же ты действовал по заранее намеченному плану? И кроме того, является ли найденное тобой N единственно возможным числом, порождающим ассоциат самого себя, или же существуют и другие такие числа?

Тогда Крейг рассказал о своем методе отыскания числа N в последней задаче, а также ответил на вопрос Мак-Каллоха о том, существуют ли другие возможные решения этой задачи. Скорее всего, ход суждений Крейга должен заинтересовать читателя; более того, он существенно облегчает нахождение решений нескольких задач этой главы.

4. — Кстати, по поводу моего последнего вопроса, — сказал Мак-Каллох. — Как ты решил первую задачу? Существуют ли еще какие-нибудь числа, которые порождают сами себя?

Ответ Крейга приведен в решениях.

5. — Далее, — продолжал Мак-Каллох, — имеется число N, которое порождает число 7 N (то есть за семеркой следует N ). Мог бы ты его найти?

6. — Рассмотрим еще один вопрос, — сказал Мак-Каллох. — Существует ли такое число N, чтобы число 3 N порождало ассоциат самого числа N ?

7. — А существует ли такое N, — спросил Мак-Каллох, — которое порождает ассоциат числа 3 N ?

8. — Пожалуй, самая интересная особенность моей машины заключается в том, — сказал Мак-Каллох, — что для любого числа А существует некое число Y, которое порождает число AY. Как доказать это утверждение, и как по заданному числу А найти такое число Y ?

Примечание. Этот принцип, и в самом деле очень простой, на практике оказывается еще более важным, нежели предполагал в тот момент Мак-Каллох! В этой книге мы столкнемся с ним еще не раз, и поэтому в дальнейшем будем называть его законом Мак-Каллоха.

9. — Далее, — продолжал Мак-Каллох, — всегда ли для сданного числа А существует некое число Y, которое порождает ассоциат числа АY ? Существует ли, например, число, которое порождает ассоциат числа 56 Y, и если это так, то что это за число?

10. — Еще один интересный факт, — сказал Мак-Каллох, — заключается в том, что существует некоторое число N, которое порождает двойной ассоциат самого себя. Можешь ли ты найти это число?

11. — Кроме того, — сказал Мак-Каллох, — для любого заданного числа А существует число X, которое порождает двойной ассоциат числа АХ. Не мог бы ты сообразить, как найти такое число X, если число А нам задано? К примеру, как найти число X, которое порождает двойной ассоциат числа 78 X ?

А вот еще несколько задач, с которыми Мак-Каллох познакомил в тот день Крейга. (За исключением последних, эти задачи не имеют особого теоретического значения, однако читателю, может быть, доставит удовольствие повозиться с ними)

12. Найти число N, такое, чтобы число 3 N порождало число 3 N.

13. Найти число N , такое, чтобы число 3 N порождало число 2 N.

14. Найти число N , такое, чтобы число 3 N порождало число 32 N.

15. Существует ли такое число N , для которого числа NNN 2 и 3 N 2 порождали бы одно и то же число?

16. Существует ли такое число N , ассоциат которого порождал бы число NN ? Существует ли несколько таких чисел N ?

17. Существует ли такое число N , для которого число NN порождало бы ассоциат этого N ?

18. Найти число N , такое, чтобы ассоциат числа N порождал двойной ассоциат N.

19. Найти число N , которое порождает число N 23.

20. Один отрицательный результат.

— Знаешь, — сказал Мак-Каллох, — я довольно долго пытался найти число N , которое порождает число N 2, однако до сих пор все мои попытки не увенчались успехом. Интересно бы узнать, такое число на самом деле не существует или же у меня просто не хватает сообразительности, чтобы его отыскать?

Эта задача сразу завладела вниманием Крейга. Он тут же вытащил записную книжку и карандаш и погрузился в размышления. Спустя некоторое время он сказал: