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ED 043
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O monte mínimo de 3.121 cocos

Na Saturday Evening Post de 1926, Ben Ames Williams pôs cinco marinheiros, um macaco e seis divisões que só fecham num número exato.

Pilha de cocos sobre a areia à noite, com cinco vultos de marinheiros e um macaco ao lado.

Seis divisões, cinco marinheiros e um macaco

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Por que uma conta de dividir com sobra parece trivial e trava na segunda rodada? Porque cada rodada muda o monte que a rodada seguinte vai dividir, e o número procurado precisa dar certo em todas elas ao mesmo tempo. Quem resolve uma divisão por vez acerta o primeiro passo e descobre no terceiro que o monte já não fecha.

O enigma chegou ao grande público dentro de um conto. A revista americana The Saturday Evening Post publicou em 9 de outubro de 1926 uma história curta de Ben Ames Williams chamada Coconuts (cocos, em inglês), na qual um construtor tenta tirar o sono de um rival entregando a ele um problema de divisão sem revelar a resposta. A redação passou meses recebendo cartas de leitores que pediam o número.

O desenho do problema cabe num parágrafo. Cinco náufragos passam o dia juntando cocos, empilham tudo e combinam repartir pela manhã. Durante a noite, um por vez, cada um acorda desconfiado, separa o monte em cinco partes iguais, entrega a um macaco o coco que sobra, esconde a própria parte e junta o restante num monte só.

De manhã ninguém comenta a visita noturna. O que restou é repartido em cinco partes iguais, e dessa vez a conta fecha sem sobra nenhuma. A pergunta pede o tamanho do monte original, no menor valor que satisfaça as seis divisões.

A armadilha mora na palavra igual. Cada divisão noturna exige um monte que deixe exatamente um coco de resto, e o que sobra alimenta a divisão seguinte. São seis condições encadeadas, e o candidato precisa passar nas seis, sem escolher quais obedecer.

Com cinco marinheiros o número cresce depressa e assusta antes da primeira tentativa. Com três, o mesmo desenho cabe numa folha e mostra a mecânica inteira, degrau por degrau.

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I  A resposta de ontem

Com três marinheiros, o monte fecha em 25

Ben Ames Williams, romancista americano nascido no Mississippi em 1889, não inventou a mecânica: ele emprestou um problema que circulava entre matemáticos e o vestiu de conto. A versão enxuta troca cinco marinheiros por três, e cabe num teste feito à mão em dez minutos.

O enunciado fica assim. Três marinheiros juntam um monte de cocos. Cada um acorda de noite, separa o monte em três partes iguais, dá o coco que sobra ao macaco, guarda a própria parte e refaz o monte com o resto. Pela manhã, os três repartem o que restou em três partes exatas, sem sobra.

A resposta mínima é 25 cocos, e a conferência vale ser feita devagar. O primeiro marinheiro tira 1 para o macaco, sobram 24, ele leva 8 e deixa 16 no chão. O segundo tira 1, sobram 15, leva 5 e deixa 10. O terceiro tira 1, sobram 9, leva 3 e deixa 6. Pela manhã, 6 se reparte em três partes de 2, redondo.

Repare no que aconteceu com o monte a cada passagem: 25, 16, 10, 6. Nenhum desses quatro números aparece por acaso. Cada um vale dois terços do anterior depois de descontado o coco do macaco, e essa cadeia é o coração do problema.

Vale testar quem quase acerta. Com 22 cocos, o primeiro marinheiro ainda fecha, porque 21 se divide por três. O segundo recebe 14, tira 1, e fica com 13, que não se reparte em três partes inteiras. O candidato cai na segunda rodada, e cai calado: nada no primeiro passo avisa que o segundo vai quebrar.

Todo número que resolve o enigma resolve a última divisão primeiro, não a primeira. Quem parte do monte grande testa às cegas; quem parte do monte final constrói para trás e chega a um único candidato.

Onde o teste à mão trava

O primeiro erro é somar os cocos do macaco no fim, como se fossem um desconto único. Cada coco do macaco sai numa rodada específica e muda todos os montes seguintes, portanto ele não se descola da rodada onde nasceu.

O segundo erro é aceitar um monte fracionário no meio do caminho. Um marinheiro não carrega meio coco, e qualquer divisão que produza fração invalida a tentativa inteira, mesmo que a conta volte a fechar depois.

O terceiro erro é buscar um número bonito. O mínimo de uma versão não anuncia o mínimo da outra: com três marinheiros dá 25, e com cinco o resultado não é 25 multiplicado por nada que se adivinhe de cabeça.

Guarde a cadeia de montes decrescentes, porque o enunciado de hoje repete o desenho com dois marinheiros a mais, e a cadeia fica com seis elos.

 
 

II  O Enigma do dia

Cinco marinheiros e o monte que não se conta

Cinco marinheiros dividem o monte de noite, um por vez, cada um entregando um coco ao macaco antes de esconder a própria parte, e pela manhã o que restou se reparte em cinco partes exatas, sem coco de sobra. Três perguntas, e as três pedem resposta escrita, não palpite. Primeira: qual o menor monte original que satisfaz as seis divisões? Segunda: quantos cocos o macaco recebe ao todo, e por que esse total não se subtrai do monte de uma vez só? Terceira: por que o resultado fica perto de 5 elevado a 5, sem ser igual a ele?

As regras valem reler. Cada divisão noturna deixa resto exatamente 1, nunca 0, nunca 2. Nenhum marinheiro devolve o que escondeu. A divisão da manhã tem resto 0, e o macaco fica de fora dela. A resposta pedida traz o número, a cadeia dos seis montes e a justificativa de por que nenhum valor menor serve.

Onde quase todo mundo trava

O primeiro erro é atacar pelo monte original com tentativa e erro. O candidato começa em 100, sobe de cinco em cinco, e desiste na casa dos milhares sem saber se passou perto. O intervalo de busca chega a 3.121, e nenhuma paciência humana varre isso de cabeça.

O segundo erro é tratar as cinco visitas noturnas como iguais. As visitas seguem a mesma regra, mas operam sobre montes diferentes, e o que resolve a terceira não diz nada sobre a quinta. Regra repetida com entrada nova exige conferência nova.

O terceiro erro é buscar um atalho de simetria. O enunciado parece pedir um número redondo porque tem cinco marinheiros e cinco partes, e o candidato chuta 5 elevado a 5, que dá 3.125. O chute passa raspando, falha nas seis condições, e ainda assim mostra onde procurar.

Enigma com várias rodadas encadeadas se resolve de trás para frente. Escreva a última divisão, chame de incógnita o monte da manhã, e suba uma rodada por vez até o monte original aparecer sozinho.

Responda as três com prova. Escreva o número mínimo, mostre os seis montes na ordem em que aparecem e explique por que 3.125 falha apesar da simetria sedutora.

 

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III  Sequência

O caderno, o coco emprestado e o resto

O material é uma folha, um lápis e quinze minutos. O procedimento abaixo resolve qualquer versão do problema, com três marinheiros ou com dez, e entrega a prova junto com a resposta.

1. Escreva a divisão da manhã primeiro. Chame de M o monte que sobrou na manhã e escreva M igual a 5 vezes P, sendo P a parte de cada marinheiro. Toda a construção nasce daqui, porque essa é a única divisão sem coco para o macaco.

2. Suba uma rodada por vez, invertendo a operação. O marinheiro pegou um quinto do monte e deixou quatro quintos. Para voltar, multiplique o monte que ficou por 5, divida por 4 e some 1, que é o coco entregue ao macaco naquela rodada. Repita a subida cinco vezes.

3. Imponha a condição de número inteiro em cada degrau. A cada subida, o valor tem que ser divisível por 4 antes de virar monte, e é essa exigência, repetida cinco vezes, que amarra o candidato a um único resto possível.

4. Confira descendo. Pegue o número que apareceu e percorra as seis divisões na ordem do enunciado, anotando os montes. Se algum degrau produzir fração ou resto diferente de 1, o candidato caiu, e a conferência descendente pega o erro que a subida deixou passar.

"O problema do macaco e dos cocos é provavelmente o mais trabalhado e o menos resolvido de todos os quebra-cabeças diofantinos."

Martin Gardner, em The Second Scientific American Book of Mathematical Puzzles and Diversions, Simon and Schuster, 1961.

A resposta das três perguntas vem com todas as letras. O menor monte é 3.121 cocos, e a cadeia fica assim: 3.121 vira 2.496, que vira 1.996, que vira 1.596, que vira 1.276, que vira 1.020, e 1.020 se reparte em cinco partes de 204 sem sobra. O macaco recebe 5 cocos ao todo, um por visita noturna, e esse total não se subtrai de uma vez porque cada coco sai de um monte distinto e altera todos os montes seguintes. O resultado fica a 4 unidades de 3.125, que é 5 elevado a 5, e essa distância tem explicação: se o monte tivesse 4 cocos negativos, cada rodada devolveria o mesmo monte de 4 negativos, e somar 5 elevado a 5 a essa solução fantasma produz o menor monte real. O físico britânico Paul Dirac apresentou esse raciocínio ao matemático John Littlewood, segundo o relato de Gardner.

A Sequência é o placar de quem fecha sozinho. Um ponto por enigma resolvido antes de a solução chegar, e o placar zera no dia em que você espia fora da hora. Placar sem plateia ninguém falsifica.

Williams nunca publicou a resposta, e a história por trás disso explica o volume de cartas: o conto termina com o rival sem dormir, e a revista recebeu pedidos de solução de leitores que também passaram a noite acordados. A versão em que o macaco ganha um coco também na divisão da manhã tem outro mínimo, 15.621, e usa exatamente o mesmo procedimento de quatro passos.

Antes de atacar qualquer problema de rodadas encadeadas, escreva a última rodada. Se a condição final estiver posta, a subida entrega o candidato sozinha. Se você começar pelo começo, vai testar números até cansar e ainda assim sem prova de que achou o mínimo.

"Quantos problemas você abandonou por insistir em resolvê-los na ordem em que foram contados?"

Teste hoje, em quinze minutos: resolva a variante em que o macaco também ganha um coco na divisão da manhã, primeiro chutando montes de cinco em cinco a partir de 3.121, cronometrando. Depois refaça subindo do fim, com os quatro passos acima. Na tentativa por chute, você passa dos dez minutos e para longe do alvo. Na subida, os 15.621 aparecem em menos de cinco minutos, e você sai com a cadeia 15.621, 12.496, 9.996, 7.996, 6.396, 5.116 escrita para conferir degrau por degrau.

 
 
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Quiz da edição

No enigma reduzido a três marinheiros (a versão que cabe numa folha), qual é o menor monte original de cocos que fecha as quatro divisões, segundo o texto?

A22 cocos
B16 cocos
C25 cocos
D3.125 cocos

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