Determine Weight of Counterfeit coins [Asked in GS Interview]

 Question: 

There are 5 bags with 100 balls in each bag. A ball can weigh 9 grams, 10 grams or 11 grams. Each bag contains balls of equal weight, but we do not know what type of ball a bag contains. Cookie has a digital scale (the kind that tells the exact weight). How many times does she need to use the scale to determine which type of ball each bag contains? 

 

Solution: 

Step 1: 

Cookie marks 9 grams ball as - 1, 10 grams as 0 and 11 grams as +1 and bags as Bag1, Bag2.. Bag5 

 

 

Now let us start with a simple version of this problem: 

When no of bags = 1 i.e. we only have Bag1 

We need to weigh only one of the balls from Bag1 to determine the type of ball present in Bag1 

 

When no of bags = 2 

If we pick 1 ball marked 0 from Bag1 and another ball marked as 0 from Bag2 the sum is 0 

Similarly, if Bag1 contains 1 ball marked -1 and Bag2 contains another ball marked as 1 then also sum is 0 

So by taking only 1 ball from Bag1 and Bag2 each it will not be possible to determine the weight. 

 

If we pick 1 ball marked -1 from Bag1  and 2 balls from Bag2 both marked as 0 the sum of weights is –1 

Similarly, if we pick 1 ball marked 1 from Bag1 and 2 balls from Bag2 both marked as -1 then also the sum of weights is -1 

So by taking only 1 ball from Bag1 and 2 balls from Bag2 it will not be possible to determine the weight. 

 

But we take 1 ball from Bag1 and 3 balls from Bag2 the weight combinations we can have are in the range [-4,4]: 

 

Bag 1 

Bag 2 

Bag 2 

Bag 2 

Sum of weights 

-1 

-1 

-1 

-1 

-4 

-1 

0 

0 

0 

-1 

-1 

1 

1 

1 

2 

Bag 1 

Bag 2 

Bag 2 

Bag 2 

Sum of weights 

0 

-1 

-1 

-1 

-3 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

1 

1 

1 

3 

Bag 1 

Bag 2 

Bag 2 

Bag 2 

Sum of weights 

1 

-1 

-1 

-1 

-2 

1 

0 

0 

0 

1 

1 

1 

1 

1 

4 

 

 

Now Cookie extends this to when no of bags = 3 

We will have 27 such combinations and we will require 9 coins from Bag3 to get weights in the range [-13,13] 

 

Bag1 

Bag2  

Bag2  

Bag2  

Bag3 

Bag3 

Bag3 

Bag3 

Bag3 

Bag3 

Bag3 

Bag3 

Bag3 

Sum of weights 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-13 

-1 

0 

0 

0 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-10 

-1 

1 

1 

1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-7 

-1 

-1 

-1 

-1 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

-4 

-1 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

-1 

-1 

1 

1 

1 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

2 

-1 

-1 

-1 

-1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

5 

-1 

0 

0 

0 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

8 

-1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

11 

0 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-12 

0 

0 

0 

0 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-9 

0 

1 

1 

1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-6 

0 

-1 

-1 

-1 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

-3 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

1 

1 

1 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

3 

0 

-1 

-1 

-1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

6 

0 

0 

0 

0 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

9 

0 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

12 

1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-11 

1 

0 

0 

0 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-8 

1 

1 

1 

1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-1 

-5 

1 

-1 

-1 

-1 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

-2 

1 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

1 

1 

1 

1 

1 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

4 

1 

-1 

-1 

-1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

7 

1 

0 

0 

0 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

10 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

1 

13 

 

So a clear pattern emerges - 1 ball from Bag1, 3 balls from Bag2, 9(3^2) balls from Bag3 and so on. 

 

So we will draw 3^3 balls from Bag4 and 3^4 balls from Bag5. 

 

Final Solution: Cookie will withdraw 1, 3, 9, 27 and 81 balls from bags 1,2,3,4 and 5 respectively, to determine which type of balls each bag contains using a single weighing machine. 

 

 

Comments

Popular posts from this blog

Brain Teasers | Tiger and Sheep

Brain Teasers | Screwy Pirates