| 一开始杯子里有Vr体积的咖啡,是怎么也倒不出来的。 1. 加入一定量的水,摇荡均匀,成为稀释的咖啡溶液。 2. 尽量倒出咖啡溶液。最后还是有Vr体积的溶液倒不出,但是杯中咖啡的量已经减少了。 3. 反复做步骤1和2,直到咖啡的量足够少。 |

图1 洗杯子的示意义图
可以想象,在步骤1中加的水越多,溶液的浓度就越小,在步骤2后剩下咖啡量就越少。但是我们要讨论的是水有限的情况,如何用有限的水把杯子洗得最干净。
假设我们把步骤1和2重复做了3次,也就是加了3次水。设总共只有体积Vw的水,而且它远远装不满3满杯。再设3次分别倒入的水的体积为Vw1、Vw2和Vw3,并且Vw1 + Vw2 + Vw3 = Vw。那么洗完3次后最终的溶液浓度就是:

所以要使浓度最小,就要使(Vr + Vw1)(Vr + Vw2)(Vr + Vw3)最大。我在这篇文章里已经说过,既然Vr + Vw1、Vr + Vw2和Vr + Vw3的和是不变的,那使要它们的积最大,就要使这3个数相等,即Vw1 = Vw2 = Vw3 = Vw / 3。由此我们得到了第一个结论:
用有限的水洗n次杯子,每次到入的水量都相同最后洗得才最干净。
刚才是洗3次的情况。如果洗4次呢,最终的浓度是:

最小值时Vw1 = Vw2 = Vw3 = Vw4 = Vw / 4。而洗3次就相当于洗4次时最后一次没有倒水,也就是Vw1 = Vw2 = Vw3 = Vw / 3,Vw4 = 0,既然4次的水量不相同,那么最终的浓度肯定没要达到最小。因此我们得到了第二个结论:
用有限的水洗杯子,洗的次数越多,能够洗得越干净。
用有限的水洗杯子,洗的次数越多,能够洗得越干净。

