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洗碗的时候突发奇想的一个数学问题

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在洗碗时候,冲洗的过程我可以简化为以下步骤:1.通过向残留有100%浓度污水的一个定容的容器里加入干净水来稀释里面的污水,2.随后倒掉稀释后的污水,此时容器内会继续遗留一定量的稀释过的污水,3.接着继续加入新的干净水继续稀释,然后倒掉,剩余一定量残余,以此往复,4.直至容器内残余的污水在被无数次的稀释后低于某一规定的浓度,即可算作冲洗干净。
比如:
有一个200ml的杯子,每次倒水后都一定会残留1ml。一开始杯子里就有1ml污水,因此我无法直接将内部污水倒出,如果我选择直接加干净水到200ml然后倒掉,此时内部残留的污水就会被稀释200倍;又如果我不直接加满,我第一次只加1ml干净水然后倒掉,污水只会被稀释到50%,但如果我重复8次,杯子内的污水就会被稀释256倍,我总共只用了8ml干净水就能把污水稀释到更低的浓度,因此就有了个疑问。
问题:
有一定容容器含溶液,可加任意量干净水稀释,其每次倒水必残留一定量内容液体,液体若低于或等于该定量将无法倒出,在倒水次数无限多的情况下,是否存在一个最少的干净水用量,满足可将容器内的溶液稀释至低于规定的浓度要求?或者甚至在规定干净水用量的时候,是否可将溶液稀释至无限小?
我觉得结果可能是个跟e有关的值,大学毕业好久,知识都快丢回老师了。


IP属地:广东来自Android客户端1楼2023-05-19 19:00回复
    在倒水次数无限多的情况下,存在一个最少的干净水用量,满足可将容器内的溶液稀释至低于规定的浓度要求。或者甚至在规定干净水用量的时候,不可将溶液稀释至无限小。


    IP属地:河南来自iPhone客户端2楼2023-05-19 20:36
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      2025-05-21 22:13:48
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      楼主你还记不记得,
      中学化学里有个概念叫”少量多次“。
      实际操作也是这样,
      中学化学,
      洗玻璃仪器(比如滴定管),
      先用自来水洗,
      自来水中还含有痕量杂质,
      所以用少量蒸馏水润洗三次。
      (而不是蒸馏水一次灌满洗)


      IP属地:湖北3楼2023-05-19 22:43
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        为简化模型,在以下讨论中,污水的初始量即为楼主设定的每次倒水容器中固定残留的量。
        设污水有x ml。
        假设固定稀释用总用水量不变为y ml。
        将该y ml水均分为n等份,那么每份为y/n ml。
        使用每份水进行稀释后,容器中的污水浓度下降为稀释前的x/(x+y/n)。
        将n份水依次使用完,容器中污水浓度下降为(x/(x+y/n))^n=(1-1/(1+n·x/y))^n。
        而(1-1/(1+n·x/y))^n关于n单调递减,且n→∞时,(1-1/(1+n·x/y))^n→e^(-y/x)。
        也就是说,给定x ml污水,如果限制最多使用y ml的水用于稀释,那么污水被稀释到的浓度有下确界为e^(-y/x)。
        于是你的问题都有答案了。


        IP属地:辽宁来自Android客户端4楼2023-05-20 01:07
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          陈省身的科普读物里就有这个


          IP属地:广东来自Android客户端5楼2023-05-20 01:25
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            就结论而言k毫升水对1ml残留稀释作用理论最大值是e^k倍


            IP属地:法国来自Android客户端6楼2023-05-20 03:18
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              如果可溶,有没有考虑过溶解度?如果不可溶呢


              IP属地:陕西来自Android客户端7楼2023-05-20 11:05
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                很有意思的问题!


                IP属地:美国来自iPhone客户端8楼2023-05-20 11:40
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                  2025-05-21 22:07:48
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                  我跟你想到的问题很相似
                  比如有n个脏污容器 依次排队
                  先把第一个容器接满水震荡后倒入第二个 第二个震荡后倒入第三个……
                  当第一个容器污水浓度下降到一定程度时直接拿走 把第二个当成第一个 重复上一个流程


                  IP属地:吉林来自Android客户端9楼2023-05-20 13:51
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                    使用与污水同等量的清水,当次数无限多时,可以稀释e倍,e就是这么来的


                    IP属地:江苏来自iPhone客户端10楼2023-05-21 09:25
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                      给你一个线性规划的思路吧,假设最初的脏水有m升,浓度为n,这两个值是给定已知的,设每次加干净水量分别为x1,x2,…xk,解以下线性规划问题:
                      min(下标决策变量x1,x2,…,xk)x1+x2+…+xk
                      f(x1,x2,…,xk,m,n)小于等于fmin
                      其中f表示最终稀释后的浓度,可以递推算出来,是一个线性函数,所以该问题可以表示为一个很简单的线性规划
                      但是因为进行多少次k是不知道的,甚至理论上每次取一个水分子可以进行无限次所以用计算机从k=1到无穷大慢慢循环吧


                      IP属地:江苏来自iPhone客户端11楼2023-05-31 10:14
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