– Существуют, конечно, и более формальные доказательства, – заметил Сомс, – но мне кажется, этот пример вполне проясняет общую идею.

После этого он вернулся в кресло с кипой газет и весь остальной вечер молчал, а я спустился вниз, чтобы выпросить у миссис Сопсвудс тарелку сэндвичей с горгонзолой.

[На написание этой главы меня вдохновили кое-какие наблюдения Стивена Гледхилла.]

Средняя скорость

Мы используем не то среднее. Нам нужно среднее гармоническое (что это такое, объясняется ниже), а не среднее арифметическое.

Обычно мы определяем «среднюю скорость» какого-то путешествия как полное проделанное расстояние, деленное на полное затраченное время. Если путешествие разбито на несколько этапов, то средняя скорость, как правило, не является средним арифметическим скоростей на этих отрезках. Если отрезки преодолеваются за равное время, среднее арифметическое годится, но если они имеют равную длину (как и обстоит дело в нашем случае), то это не так.

Сначала рассмотрим случай с равными временны́ми отрезками. Предположим, что машина едет со скоростью a время t, а затем со скоростью b то же время t. Полное расстояние, равное at + bt, занимает время 2t. Поэтому средняя скорость равна (at + bt)/2t, что равно (a + b)/2, то есть среднему арифметическому скоростей.

Теперь возьмем случай с равными расстояниями. Машина проезжает расстояние d на скорости a за время r. Затем она снова проезжает расстояние d, на этот раз со скоростью b за время s. Полное расстояние равно 2d, полное время равно r + s. Чтобы выразить это через скорости a и b, заметим, что d = ar = bs. Таким образом, r = d/a, а s = d/b. Тогда средняя скорость равна

Это выражение упрощается до 2ab / (a + b), что соответствует гармоническому среднему a и b. Эта величина обратна среднему арифметическому величин, обратных a и b, где под величиной, обратной x, подразумевается 1/x. Причина в том, что время, затраченное на дорогу, пропорционально величине, обратной скорости.

Четыре псевдоку без указаний

Эти головоломки также исходят от Джерарда Баттерса, Фредерика Хенле, Джеймса Хенле и Колина МакГоги. См.: Gerard Butters, Frederick Henle, James Henle, and Colleen McGaughey. Creating clueless puzzles, The Mathematical Intelligencer 33 No. 3 (Fall 2011) 102–105.

Загадка похищенных бумаг

– Вор – Волверстон, – объявил Сомс.

– Ты уверен, Хемлок? От твоей правоты многое зависит.

– Никаких сомнений быть не может, Спайкрафт. Вот их заявления:

Арбатнот: Это сделал Берлингтон.

Берлингтон: Арбатнот лжет.

Волверстон: Это не я.

Гамильтон: Это сделал Арбатнот.

Мы знаем, что кто-то один из этих людей говорит правду, а остальные трое лгут. Существует четыре возможных варианта. Рассмотрим их по очереди.

Если только Арбатнот говорит правду, то из его слов нам становится известно, что виновен Берлингтон. Однако в этом случае Волверстон лжет, следовательно, виновен именно Волверстон. Это логическое противоречие, делаем вывод о том, что Арбатнот не говорит правду.

– Если только Берлингтон говорит правду, то…

– Волверстон лжет! – воскликнул я. – Так что виновен Волверстон!

Сомс сердито взглянул на меня – ведь я сорвал его эффектное выступление.

– Это так, Ватсап, и остальные заявления этому не противоречат. Так что мы уже знаем, что вор – Волверстон. Однако имеет смысл проверить и остальные два варианта, чтобы избежать даже малейшей возможности ошибки.

– Все абсолютно ясно, дружище, – сказал я.