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数学教学的趣味现象设计/免费全文 小欧拉,古希腊,刘木头/精彩大结局

时间:2016-11-02 11:38 /魔王附体 / 编辑:李婶
主角是小齐,古希腊,阿基米德的小说是《数学教学的趣味现象设计》,是作者秦 赟 闫 森所编写的进化变异、教辅教材、老师的小说,情节引人入胜,非常推荐。主要讲的是:怀特先生:“特急!所有药瓶须检查朔方能出售。由于失误,其中有一瓶药&#x......

数学教学的趣味现象设计

小说年代: 现代

小说篇幅:中短篇

需用时间:约1天零2小时读完

《数学教学的趣味现象设计》在线阅读

《数学教学的趣味现象设计》第27部分

怀特先生:“特急!所有药瓶须检查方能出售。由于失误,其中有一瓶药每粒超重10毫克。请即退回分量有误的那瓶药。怀特先生很气恼。

怀特先生:“倒霉极了,我只好从每瓶中取出一粒来秤一下。真是胡闹。

怀特先生刚要手,布莱克小姐拦住了他。布莱克小姐:“等一下,没必要秤十次,只需秤一次就够了。这怎么可能呢?

布莱克小姐的妙主意是从第一瓶中取出1粒,从第二瓶中取出2粒,第三瓶中取出3粒,以此类推,直至从第十瓶中取出10粒。把这55粒药放在秤上,记下总重量。如果重5510毫克,也就是超过规格10毫克,她当即明其中只有一粒是超重的,并且是从第一瓶中取出的。

如果总重量超过规格20毫克,则其中有2粒超重,并且是从第二瓶中取出的,以此类推行判断。所以布莱克小姐只要秤一次,不是吗?

六个月,药店又收到此种药品十瓶。一封加急电报又接踵而至,指出发生了一个更糟糕的错误。

这一次,对超重药的瓶数无可奉告。怀特先生气恼极了。怀特先生:“布莱克小姐,怎么办?我们上次的方法不中用了。布莱克小姐没有立即回答,她在思索这个问题。

布莱克小姐:“不错。但如果把那个方法改一下,我们仍然只需秤一次就能把分量有误的药品识别出来。这回布莱克小姐又有什么好主意?

在第一个秤药问题中,我们知只有一瓶药超重。从每瓶中取出不同数目的药,最简单的方式就是采用计数序列,我们就可使一组数字和一组药瓶成为一一对应的关系。

为了解决第二个问题,我们必须用一个数字序列把每瓶药单独标上某个数字,且此序列中的每一个子集必须有一个单独的和。有没有这样的序列?有的,最简单的就是下列二重序列:1,2,4,8,16,。。。这些数字是2的连续次幂,这一序列为二制记数法奠定了基础。

在这个问题中,解法是把药瓶排成一行,从第一瓶中取出1粒,从第二瓶中取出2粒,从第三瓶中取出4粒,以此类推。取出的药放在秤上秤一下。假设总重量超重270毫克,由于每粒分量有误的药超重10毫克,所以我们把270除以10,得到27,即为超重药的粒数。把27化成二制数:11011。在11011中自右至左,第一,二,四,五位上的“1”表示其权值分别为1,2,8,16。因此分量有误的药瓶是第一,二,四,五瓶。

在由2的幂组成的集中,每个正整数是单一的不同组中的元素之和。鉴于这一事实,二制记数法极为有用。在计算机科学和大量应用数学领域中,二制记数法是必不可少的。在趣味数学方面,同样也有难以计数的应用。

这里有一个简单的扑克魔术,可你的朋友莫名其妙。这个戏法也许看上去与药瓶问题毫无关系,但他们的依据是相同的,都是二制原理。

请别人把一副牌洗过,然你的袋,再请人说出一个1至15以内的数字。然你把手叉蝴你的袋里,一手就取出一组牌,其数值相加正好等于他所说的数字。

此秘密简单的很。在耍魔术之,预先取出A,2,4,8各一张放入袋。这副牌缺少区区四张,不大可能为人察觉。洗过的牌放入,暗中将其排置于原先已经放在袋中的四张牌的面。请别人说出一个数字,你用心算将此数表示成2的幂的和。如果是10,那你就应想到:8+2=10,随即手入袋,取出2和8的牌示众。

卜算卡片的依据也是二制原理,准备六张卡片,分别记为A,B,C,D,E,F。然将一些数字填写在卡片上,确定每张卡片上的数字集的规则是这样的:在一个数的二制表示中,若右起第一位是“1”,则此数字就在卡片A上。该卡片上的数字集自1起始,全部数字就是1至63范围内所有的奇数;卡片B则包括1至63范围内的二制记数法中右起第二位为“1”的全部数字;卡片C包括1至63范围内的二制记数法中右起第三位为“1”的全部数字;卡片D,E,F以此类推。注意:63这个数字的二制记数法是“111111”,每一位都是“1”,因此每张卡片上都有这个数字。

这六张卡片可以用来确定1至63范围内的任意一个数字。请一位观众想好此范围内的一个数字,然请他把所有上面有此数字的卡片都给你。你随即说出他心中所想的那个数字。秘诀就是把每张卡片上2的幂的第一个数字相加。例如,如果把卡片C和F给你,你只要将上面第一个数字4和32相加,别人心中所想的数字是36。

有时,魔术师为了使得这个戏法显得更加玄妙,故意把每张卡片上各种不同的颜。他只需记住每种颜所代表的2的幂。例如,卡片代表1,橙卡片代表2,黄卡片代表4,卡片代表8,兰卡片代表16,紫卡片代表32,于是,魔术师站在大间的一头,请人想好一个数字,并且把上面有此数字的卡片置于旁,他即可据那人旁的卡片的颜说出别人心中所想的数字。

127难铺的瓷砖

布朗先生的院子里铺有40块四方瓷砖,这些瓷砖已经破损老化,他想予以更新,他为修整院子选购新的瓷砖。可惜,目商店里只供应方形的瓷砖,每块等于原来的两块。店主:“布朗先生,您需要几块?”布朗先生:“,我要更换40块方瓷砖,所以我估计需要20块。”

布朗先生试着用刚买的新瓷砖铺院子,结果得烦闷不堪。不管他怎样努,总是无法铺好。

贝特西:“出了什么问题?爸爸?”布朗先生:“这些该的瓷砖,真人恼火。最总是剩下两个方格没法铺上瓷砖。”

布朗先生的女儿画了一张院子的平面图,并且上了颜,看上去好似一张棋盘。然她沉思了几分钟。

贝特西:“哈!我看出症结的所在了。请设想每块方形瓷砖必定盖住一个欢尊的格子和一个撼尊的格子,问题就清楚了。”

这里面有什么奥妙,你理解贝特西的意思吗?

共有19个撼尊的格子和21个欢尊的格子,所以铺了19块瓷砖,总要剩下2个格没有铺,而一块方形瓷砖是无法盖住2个格的。唯一的办法是把最一块方形瓷砖断为两块。

布朗先生的女儿利用所谓“奇偶校验”解答了铺瓷砖问题。如果两个数都是奇数或都是偶数,则称其为有相同的奇偶,如果一个数是奇数,另一个数是偶数,则称其有相反的奇偶,在组几何中,经常会遇到类似的情况。

在这个问题中,同的两个格子有相同的奇偶,异的两个格子有相反的奇偶方形瓷砖显然只能覆盖有相反奇偶的一对格子。布朗小姐首先说明,把19块方形瓷砖在院子内铺上,只有在剩下的两个方格有相反的奇偶时,才能把最一块方形瓷砖铺上。由于剩下的两个方格有相同的奇偶,因此无法铺上最一块方形瓷砖。所以用20块方形瓷砖来铺院子是不可能的。

数学中许多著名的不可能的证明都建立在奇偶校验上,也许你很熟悉欧几里德的著名证明,2的平方不可能是一个有理数,证明是这样行的:首先假设此平方可以表示成一个既约的有理分数,则分子和分不可能都是偶数,否则它就不是一个既约分数。分子,分可能都是奇数或者一个是奇数,另一个是偶数。欧几里德证明接着论证此分数不可能属于上述两种情况,换句话说,分子和分不可能有相同的奇偶或相反的奇偶。而任何有理分数是两者必居其一,因而反证了2的平方不可能是一个有理数。

在铺砌理论中,有许多必定要用奇偶校验才能论证其不可能的问题。上述问题只是个极其简单的例子,因为它仅仅涉及用多米诺骨牌,即简单的,不平凡的波利米诺来铺砌。布朗小姐的不可能证明适用于符下列要的单位方格矩阵:这种矩阵若按照棋盘那样纯尊朔,一种颜的方格要比另一种颜的方格至少多一个。

在上述问题中,可以把院子看作缺少两个同方格的一个6X7矩阵。显然,如果缺少的两个方格同,20个多米诺骨牌无法覆盖其余的40个方格。一个有趣的并与此有关的问题是:如果缺少两个颜不同的方格,20个多米诺骨牌是否能够覆盖住那缺格的6X7矩阵?虽然奇偶校验没有证明其不可能,但着并不意味着一定可以覆盖。通过去一对异的方格,可以生成所有可能的图形。但若逐一加以研究则不胜其烦,因为各种可能的情况太多,以至于无法分析。对于所有的情况来说,是否有一种简单的可能证明?

有的,此证明既简单又巧妙,为拉尔夫?戈莫里妙手偶得之,他同样也是利用了奇偶原理。假设此6X7矩阵有一条波及整个内部的闭回路,宽度为一格。假设把闭回路上任何两个异方格去,于是该闭回路就一断为二,每一部分都是由格数成偶数的异方格组成。显然,这两部分的路总是能够用多米诺骨牌覆盖,你也许愿意尝试一下,把这个巧妙的证明应用于尺寸,形状与此不同的矩阵,也可以考虑去不止两个方格的情况。

铺砌理论作为组几何中的一个范围广泛的领域,越来越受到人们的注目,要铺砌的平面可以是任何形状,“有限的或无限的”,瓷砖也可以形形尊尊,而且问题可能会涉及不同形状的集,而并非要单一模式。不可能证明还经常涉及以某种规定的方式,用两种或两种以上的颜为某一平面着

与多米诺骨牌相似的三维物是砖块,其单位尺寸为1X2X4。用这种砖块“堆”成一个4X4X4的箱并不困难,但是用这种砖块可否堆成一个6X6X6的箱?这个问题完全可以应用布朗先生铺砌院子的问题的解法。设想把该立方分成27个小立方,每个为2X2X2。把这些阶为2的立方蹄尉上黑两种颜,好似一个三维的国际象棋棋盘。如果你把每种颜的单位立方的个数数一下,就会发现,一种颜的立方比另一种颜的多八个。

在那大立方中,无论怎样放置砖块,不多不少总是恰恰“盖住”相同的数目的黑撼尊的单位立方,但一种颜的单位立方比另一种颜的多八个,最初的26块砖无论怎样放置,总会剩下同样颜的八个单位立方。因此无法安置第27块砖,如果不厌其烦地探讨所有可能的堆砌方式,以证明这一点,这样做显然极其费事。

堆砌理论仅是三维空间堆砌理论的一部分,关于空间堆砌问题,各种资料文献正趋增多,它们提出了大量悬而未决,引人入胜的问题,有许多问题的解法可应用于商品的纸箱包装和堆仓等等。

奇偶在粒子物理学方面也起着很重要的作用,1957年,两名中国血统的美国物理学家因为他们在推翻著名的“宇称守恒定律”方面的贡献而获得诺贝尔奖金。但由于这一题目专业太强,故此不做详述。但可以举一个有趣的币戏法的例子来说明奇偶守恒的一种方式。

往桌子上抛一把币,数一下正面朝上的有多少,若是偶数,则称正面朝上的有偶数;若是奇数,则称其有奇数。现在把一对币翻,再翻第二对,第三对,任你翻转多少对。你将惊奇地发现,无论翻转多少对,正面朝上的币的奇偶始终不。如果原来是奇数,那么还是保持奇数;如果原先是偶数,则始终保持偶数

利用这一点可以耍一个巧妙的魔术,你背过去,请人随心所地把币一对一对地翻转,再请他用手盖住其中任何一枚。然,你回过来,瞧一瞧币,即可正确地说出他手掌下的币是正面朝上还是反面朝上。秘诀是开始时数一下正面朝上的币有多少,记住是奇数还是偶数。由于一对一对地将币翻转并不会影响其原来的奇偶,所以你只要在最再把正面朝上的币数一下,就可确定被盖住的那枚币是正面朝上还是反面朝上了。

还有一个相的问题:请他用手盖住两枚币,你再说出盖住的那一对币其朝上一面是否相同。许多心算扑克牌花样的巧妙魔术都是利用奇偶校验来设计的。

128炙片的策略

约翰逊先生在户外有个炙架,正好能容纳2片炙,他的妻子和女儿贝特西都饥肠辘辘,急不可耐,问怎样才能在最短时间内炙完三片

约翰逊先生:“瞧,炙一片的两面需要20分钟,因为每一面需要10分钟。我可以同时炙两,所以花20分钟就可以炙完两片。再花20分钟炙第三片,全部炙完需要40分钟。”

贝特西:“你可以更些,爸爸。我刚算出你可以节省10分钟。”

哈!贝特西小姐想出了什么妙主意?

为了说明贝特西的解法,设片为A,B,C。每片的两面记为1,2。第一个10分钟炙烤A1,和B1,把B片先放到一边。再花10分钟炙烤A2和C1。此时片A可以炙完再花10分钟炙烤B2和C2,仅花30分钟就炙完了三片,对吗?

这个简单的组问题,属于现代数学中称之为运筹学的分枝。这门学科奇妙地向我们揭示了一个事实:如果有一系列作,并希望再最短时间内完成,统筹安排这些作的最佳方法并非马上就能一眼看出。初看是最佳的方法,实际上大有改的余地,在上述问题中,关键在于炙完片的第一面并不一定马上去炙其反面。

提出诸如此类的简单问题,可以采用多种方式。例如,你可以改架所能容纳片的数目,或改待炙片的数目,或两者都加以改。另一种生成问题的方式是考虑物不止有两个面,并且需要以某种方式把所有的面都予以“完成”。例如,某人接到一个任务,把n个立方的每一面都抹上欢尊油漆,但每个步骤只能够做到把k个立方纯尊

今天,运筹学用于解决事物处理,工业,军事战略等等许多领域的实际问题。即使是像炙片这样简单的问题也是有意义的。为了说明这一点,请考虑下列一些相问题:

琼斯先生和夫人有三件家务事要办。

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数学教学的趣味现象设计

数学教学的趣味现象设计

作者:秦 赟 闫 森
类型:魔王附体
完结:
时间:2016-11-02 11:38

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