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Enigma do Dia   Enigma do Dia
ED 013

Cem presos, cem caixas, cinquenta tentativas

Cada um abre metade das caixas atrás do próprio número, e ou todos acertam na mesma rodada, ou ninguém sai.

Fileiras de caixas de madeira numeradas dentro de uma sala vazia.

Cem caixas numeradas numa sala vazia

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Em 1815, o Journal de l'École Polytechnique publicou uma memória de Augustin Louis Cauchy sobre quantos valores uma função pode assumir quando as quantidades dentro dela trocam de lugar de todas as maneiras possíveis. Para dar conta da contagem, ele precisou de uma notação nova, capaz de descrever uma troca de lugares inteira sem desenhar setas soltas no papel.

A notação que ficou é simples de operar com lápis. Escolha um objeto qualquer, veja para onde ele foi, caminhe até o lugar de destino, veja para onde o antigo ocupante daquele lugar foi, e siga assim, um passo por vez.

O caminho sempre volta ao ponto de partida. Volta porque o número de posições é finito e porque nenhuma posição recebe dois objetos, então o passeio não tem para onde escapar. Cada passeio desses fecha um anel, e a troca inteira se desmancha em anéis independentes que nunca se cruzam.

Teste com cinco cartas numeradas, viradas para baixo, embaralhadas em cinco lugares também numerados. Pode sair um anel só, passando pelas cinco cartas antes de fechar. Podem sair três anéis, um com três cartas e dois com uma carta parada no lugar dela.

Repare no que a notação faz com a palavra bagunça. Uma reorganização qualquer parece um borrão de coisas fora do lugar, e o lápis mostra que ela é sempre um punhado pequeno de anéis fechados, cada um com um comprimento definido e contável.

O comprimento do anel mais longo vira a única pergunta que interessa, e ele é uma quantidade sorteada: dá para calcular a chance de ele passar de um certo tamanho.

Guarde a imagem dos anéis fechados. Um enigma que parece exigir sorte cem vezes seguidas encolhe, com ela, até virar uma pergunta só sobre o comprimento do maior anel.

Antes de abrir caixa nenhuma, falta fechar a conta de três etiquetas erradas, uma fruta só e uma reetiquetagem que precisava valer com certeza.

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I  A resposta de ontem

A caixa que as etiquetas proíbem

Três caixas fechadas, três etiquetas erradas e uma fruta só na mão.

A mão entra na caixa etiquetada MISTURA, e ela é a única das três que resolve o enigma. O motivo não está na fruta que sai de lá, está na regra que proíbe aquela etiqueta de estar certa.

Comece pelo que a regra elimina. A etiqueta MISTURA está errada, logo aquela caixa não tem frutas dos dois tipos. Sobrou para ela ser pura de maçãs ou pura de laranjas, e não existe terceira saída.

Aí está a diferença para as outras duas. A caixa etiquetada MAÇÃS ainda pode ser a da mistura, e a etiquetada LARANJAS também, então qualquer fruta que saísse de uma delas deixaria duas hipóteses de pé.

Puxe a fruta da caixa MISTURA e leia o resultado. Se sair uma maçã, aquela caixa é a pura de maçãs, porque a mistura foi proibida pela etiqueta e a caixa não pode ter os dois tipos ao mesmo tempo.

Agora a etiqueta LARANJAS resolve o resto sozinha. Ela está errada, e a caixa das maçãs já foi identificada, então a caixa etiquetada LARANJAS só pode ser a da mistura. Sobra a etiquetada MAÇÃS, que recebe as laranjas.

Se sair uma laranja, o mesmo raciocínio anda para o outro lado. A caixa aberta é a pura de laranjas, a etiquetada MAÇÃS passa a ser a da mistura, e a etiquetada LARANJAS fica com as maçãs.

A caixa da MISTURA é a única em que a fruta sai pura por obrigação, e fruta pura é uma resposta de duas saídas, exatamente o que separa as duas arrumações que sobraram.

Confira a conta que sustenta o plano. Três conteúdos em três caixas dão seis arrumações possíveis, e a exigência de nenhuma etiqueta acertar corta quatro delas, deixando duas de pé antes de você tocar em qualquer caixa.

As duas sobreviventes são justamente as que a fruta separa. Numa delas a caixa MISTURA guarda maçãs, na outra guarda laranjas, e o resto de cada arrumação se desdobra sem escolha nenhuma depois disso.

Guarde o formato do truque, porque o enigma de hoje repete o gesto numa escala cruel. As caixas passam de três para cem, as etiquetas viram números, e a exigência deixa de ser acertar uma vez para virar acertar cem vezes seguidas.

 
 

II  O Enigma do dia

Cinquenta aberturas por cabeça

Cem presos recebem números de 1 a 100. Numa sala há cem caixas numeradas, e dentro de cada caixa está o número de um preso, um por caixa, sorteado sem repetição. Um de cada vez, cada preso entra sozinho, abre no máximo cinquenta caixas procurando o próprio número e sai deixando tudo exatamente como estava. Se os cem encontrarem o próprio número na mesma rodada, todos saem livres. Se um só falhar, ninguém sai.

A sala fica vazia entre uma visita e outra. O preso que entra fecha cada caixa que abriu, não move nada de lugar e não deixa marca, então quem vem depois encontra a mesma sala do primeiro.

Não existe comunicação durante a prova. Depois que a rodada começa, ninguém avisa nada a ninguém, e o preso que sai da sala é levado direto para outro lugar, sem cruzar com quem ainda vai entrar.

O combinado, porém, é permitido antes. Os cem podem conversar à vontade na véspera, combinar qualquer procedimento e memorizar o que quiserem, desde que o plano sobreviva sem troca de sinais na hora.

Fora da regra: abrir a caixa cinquenta e uma, deixar a tampa entreaberta como recado, trocar conteúdos de lugar, marcar caixa com risco ou poeira, e sortear quem entra em que ordem para tentar ganhar informação.

No fim, a única pergunta que vale é a chance de vitória do grupo inteiro na mesma rodada, e a resposta precisa ser um número, não uma esperança.

Onde quase todo mundo trava

A primeira reação é olhar para o preso sozinho e achar o problema fácil. Ele abre cinquenta das cem caixas e encontra o próprio número em metade das vezes, o que soa como uma chance mais do que razoável.

A segunda reação é multiplicar as metades e desistir. Se cada preso resolve o próprio caso ao acaso, a chance dos cem é uma metade multiplicada por ela mesma cem vezes, um número tão pequeno que só aparece na oitava casa decimal depois de trinta zeros.

Escrito de outro jeito: se a prova fosse repetida uma vez por segundo desde o começo do universo, o grupo que abre caixas ao acaso ainda não teria vencido rodada nenhuma.

A conta do acaso só vale se as cem tentativas forem independentes, e é exatamente essa independência que o combinado da véspera tem o poder de destruir.

Vire a chave aqui. O grupo não precisa aumentar a chance de cada preso, que continua travada em metade e não sobe nunca. O grupo precisa amarrar os cem resultados uns aos outros, de modo que os sucessos venham juntos e os fracassos também.

Existe um combinado que faz isso e leva a chance do grupo para mais de trinta por cento. Ele não usa sorte, não usa sinal e não usa nada além do número que o preso carrega e dos números que ele encontra dentro das caixas.

A pista está na primeira caixa que cada preso escolhe abrir. Se a escolha for aleatória, o passeio dele pela sala não tem direção nenhuma. Se a escolha for ditada pelo próprio número, o passeio começa a ter um trilho.

A segunda pista está no que ele faz com o número que achou dentro da caixa errada. Aquele papel não é lixo, é a instrução de qual caixa abrir em seguida, e um preso que segue instruções encadeadas não passeia, ele percorre um caminho fechado.

O enunciado está inteiro aqui em cima. Cem presos, cem caixas, cinquenta aberturas por cabeça, nenhum sinal durante a prova e uma vitória que só existe no atacado.

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III  Sequência

Os anéis de um baralho pequeno

Pegue dez cartas de baralho numeradas de 1 a 10, ou dez pedaços de papel com os números escritos, e dez copos virados de boca para baixo, cada um com um número colado por fora.

Embaralhe as dez cartas e ponha uma sob cada copo sem olhar. Está montada a versão de bolso do enigma, com a mesma regra: cada preso abre metade dos copos, cinco no caso.

1. Escolha um número, digamos o 7, e faça o passeio no papel. Levante o copo 7, anote a carta que estava lá, levante o copo com o número dessa carta, e continue até reencontrar o 7. Anote quantos copos o passeio levantou.

2. Repita o passeio começando por cada um dos dez números e anote o comprimento de cada caminho fechado. Você vai ver os mesmos anéis reaparecerem, e a soma dos comprimentos dos anéis distintos dá exatamente dez.

3. Marque no papel se algum anel passou de cinco copos. Reembaralhe e repita a rodada dez vezes, contando quantas rodadas ficaram livres de anel grande. A proporção que você medir é a chance do grupo naquele tamanho de jogo.

"A arte de conjecturar é a arte de medir, tão exatamente quanto possível, as probabilidades das coisas, para que possamos sempre escolher o que for melhor."

Jakob Bernoulli, Ars Conjectandi, 1713.

A rodada com os copos entrega a parte que o cálculo esconde. O passeio começado no 7 e o passeio começado por qualquer carta daquele mesmo anel percorrem os mesmos copos, na mesma ordem, e terminam no mesmo lugar.

Daí sai a amarração que o grupo procurava. Os presos deixam de ter cem destinos separados e passam a compartilhar um punhado de anéis, então o fracasso de um deixa de ser notícia sobre ele e vira notícia sobre o anel inteiro.

Se travar, troque a pergunta. Em vez de perguntar qual a chance de um preso achar o próprio número, pergunte qual a chance de o embaralhamento inteiro produzir um anel maior que a metade das caixas, e conte quantos anéis grandes cabem num sorteio só.

A Sequência é o placar de quem vira a chave sozinho. Um ponto por enigma fechado antes de a solução aparecer, e o placar zera no dia em que você espia fora da hora. Ninguém confere, e um placar sem plateia é o único que não se falsifica.

Um último aviso de jogo limpo. Se o seu plano precisa de uma tampa entreaberta ou de um preso abrindo a caixa cinquenta e uma, ele ainda não é o plano.

Cada preso tem cinquenta aberturas e o anel que ele percorre tem um comprimento fixo. Falta descobrir com que frequência o sorteio das caixas produz um anel comprido demais.

"Quantas caixas o seu caminho abre antes de fechar o círculo?"

 
 
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Com o combinado da véspera, qual é a chance aproximada dos cem presos vencerem juntos na mesma rodada?

APerto de zero, na oitava casa decimal depois de trinta zeros
BMais de trinta por cento
CExatamente cinquenta por cento
DCem por cento, o combinado garante vitória

Veja o ranking de quem mais acerta →

 
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