Lösung

Am Schluss ist genauso viel Wasser im Weinkelch wie Wein im Wasserkelch.

Vk: Volumen eines Kelches
Vl: Volumen des Löffels

1. Wasserkelch

Das Verhältnis von Wein zu Wasser ist hier

k = Vl / Vk

Die Weinkonzentration bezogen auf der Gesamtvolumen jedoch ist

kwe = Vl / ( Vl+Vk ) = 1 / (1+1/k) = k / (k+1)

und die Wasserkonzentration bezogen auf das Gesamtvolumen ist

kwa = Vk / ( Vl+Vk ) = 1 / (1+k)

2. Weinkelch

Das Verhältnis von Wasser zu Wein im Weinkelch ist etwas schwieriger zu ermitteln.

Wasservolumen = Vl*kwa = Vl / (1+k)
Weinvolumen = Vk - Vl + Vl*kwe = Vk - Vl + Vl*k / (k+1)

Für das Verhältnis von Wasser zu Wein ergibt sich damit

Vl / ( (1+k)*(Vk - Vl + Vl*k/(k+1) ) = Vl / ( Vk + k*Vk - Vl - Vl*k + Vl*k ) = Vl / Vk = k

Und das ist genau das Verhältnis, das auch im Wasserkelch herrscht.