Захватят ли нанороботы мир?

Моделируем ход техногенной катастрофы с помощью простого уравнения.

Захватят ли нанороботы мир?

Нашу планету ровным слоем покрывает большая колония бактерий, которые находятся буквально везде. Внезапно в Сколкове изобретают высокотехнологичных наноботов, которые имеют способность самовоспроизводиться при съедании этих бактерий. Каждую секунду сколковский нанобот пожирает одну бактерию и сразу делится на два таких же нанобота. Бактерии просто питаются подножным кормом и тоже каждую секунду делятся пополам, но просто так, сами по себе.

Захватят ли сколковские наноботы всю планету, если вырвутся из не очень хорошо охраняемых сколковских лабораторий и начнут размножаться в дикой природе?

Эта задача красиво решается через обычные школьные уравнения, но для этого нужно будет добавить два неизвестных.

Каждый нанобот съедает по одной бактерии и тут же делится пополам, то есть на каждом шаге количество наноботов удваивается. А раз так, то удваивается и количество съедаемых бактерий. Запишем, сколько бактерий съедает нанобот на каждой секунде:

секунда 0:  1 — потому что в самом начале у нас один нанобот

секунда 1: 2 × 1 — после первой секунды наноботов стало два, значит, они съели две бактерии, каждый по одной

секунда 2: 2 × 2 × 1 — наноботы снова удвоились и съели по бактерии

Мы видим постоянное произведение двоек, а значит, их можно представить в виде степени:

секунда 0: 1 = 2 в нулевой степени

секунда 1: 2 = 2¹

секунда 2: 4 = 2²

*  * *

T секунда: 2 в степени Т

Мы выяснили, как быстро размножаются наноботы и сколько на каждой секунде они съедят бактерий. Теперь допустим, что когда на планете появился один нанобот, этих бактерий уже было N штук. Тогда снова обозначим время в секундах как Т и попробуем выяснить, сколько бы получалось бактерий на каждой секунде с учётом наноботов:

секунда 0: N — начальные условия

секунда 1:  2 × (N − 1) —  перед удвоением наноботы съели одну бактерию

секунда 2: 2 × [ 2 × (N − 1) − 2] — удваиваем то, что было до этого, и перед этим вычитаем две съеденных бактерии

секунда 3: 2 × { 2 × [ 2 × (N − 1) − 2] − 4} — снова удваиваем предыдущее, не забывая вычитать съеденных бактерий.

Раскроем скобки и продолжим логический ряд:

секунда 0: N

секунда 1:  2 × N − 2

секунда 2: 2² × N − 8

секунда 3: 2³ × N − 24

*  * *

секунда Т: (2 в степени Т) × N − (2 в степени T) × Т

Когда наноботы съедят всех бактерий и захватят мир, наше последнее уравнение станет равно нулю. Запишем это:

(2 в степени Т) × N − (2 в степени T) × Т = 0

Перенесём одну часть уравнения вправо:

(2 в степени Т) × N = (2 в степени T) × Т

Видим, что в каждой части есть общий множитель: (2 в степени Т). Сократим его:

N = Т

Получается, что наноботам, чтобы съесть всех бактерий, понадобится столько секунд, сколько бактерий было на планете в момент старта. А раз время у нас не ограничено, то в конце концов наноботы дожуют всех бактерий и ЗАХВАТЯТ ВЕСЬ МИР!

Проверим это для колонии из четырёх бактерий:

секунда 0: 4 бактерии и 1 нанобот

секунда 1: 6 бактерий и 2 нанобота

секунда 2: 8 бактерий и 4 нанобота

секунда 3: 8 бактерий и 8 наноботов

секунда 4: 0 бактерий и 16 наноботов

Решение работает, наноботы победили!

Вам может быть интересно:

Обложка:

Даня Берковский

Корректор:

Ирина Михеева

Вёрстка:

Маша Климентьева

Вам может быть интересно
Задача про таблетки и злого гения
Задача про таблетки и злого гения

Как логика и ограничения помогают найти банку с отравленными таблетками.

medium
Почему разработчик сегодня злой
Почему разработчик сегодня злой

Три главные проблемы в работе программиста и как с ними быть.

easy
Задача про начальника транспортного цеха
Задача про начальника транспортного цеха

Что быстрее — вспомнить формулы за 7 класс или написать программу для решения?

easy
Сложная логическая задача про сумму перестановок
Сложная логическая задача про сумму перестановок

Как сложить 120 чисел за пару минут

medium
Новое решение задачи коммивояжёра
Новое решение задачи коммивояжёра

Призываем на помощь рекурсию

hard
Задача про умножение с нестандартным решением
Задача про умножение с нестандартным решением

Решаем двумя способами — как ребёнок и как программист

easy
Головоломка про нестандартную площадь
Головоломка про нестандартную площадь

Смогут решить не только лишь все

easy
Задача про гору и альпинистов-программистов
Задача про гору и альпинистов-программистов

Реальная задача про выдуманную гору

easy
Что не так с задачей для советских школьников из Ютуба
Что не так с задачей для советских школьников из Ютуба

Для решения там используют обычные хозяйственные…

easy
easy