圖解:雞兔同籠問題,最初是怎麼想出解法的?

圖解:雞兔同籠問題,最初是怎麼想出解法的?

我們小時候曾經遇到過一道數學題,來自《孫子兵法》。如圖所示。

當初,我們的老師是這樣給我們講解這道題的:

假設,我們讓四條腿的小白兔都站起來,那麼會看到幾條腿呢?

雞是兩條腿,現在兔子由於站了起來,就也是2條腿。總共是35個頭。

既然現在雞和兔子都是2條腿,頭又是35個,那麼,在兔子站起來後,一共有這麼多腿:

35×2=70(條)腿。

老師繼續講:

現在,我們讓小白兔把腿放下,於是,籠子裡有94條腿。因為最開始題目裡就講了,35個頭,94條腿。於是,現在的腿數比剛的70條腿多了——

94-70=24(條)腿。

很明顯,這多出來的2 4條腿,應該是兔子們的。這24條腿是剛才小兔子們每1只抬起了2條腿。於是,剛才抬起腿的兔子就有:

24÷2=12(只)兔子。

這其實就是籠子裡的兔子數,因為,剛才我們是讓所有小兔子都抬起腿的。兔子的數量有了,我們根據總數35個頭,減去兔子的數量,就是雞的數量:

35-12=23(條)腿

我們來驗算一下:

雞:23×2=46(條)腿

兔:12×4=48(條)腿

一共:46+48=94(條)腿

12+23=35(個)頭

符合題意。我們的計算是對的。

但是,當初是怎麼找到這個思路的呢?

圖解:雞兔同籠問題,最初是怎麼想出解法的?

我們說,數學是鍛鍊“邏輯思維”的課程。其實,不盡然。

物理,化學,也離不開邏輯思維。事實上,語文、英語、歷史、地理,難道離得開邏輯思維嗎?也離不開。

所以,邏輯思維並不是數學獨特的性質。

圖解:雞兔同籠問題,最初是怎麼想出解法的?

那麼數學獨特的性質是什麼呢?是從特殊到一般。

這其實也是我們解決數學問題的一個思路:從特殊到一般,然後再從一般到特殊。

圖解:雞兔同籠問題,最初是怎麼想出解法的?

我們把問題轉化一下。轉化成簡單的一點的情況,然後看看能不能從這一簡單情況中歸納出“一般規律”。

於是,我們先將問題轉化為:

第一次轉化:10個頭,10只雞,0只兔,這時:有20條腿。

第二次轉化:10個頭,9只雞,1只兔,這時:有22條腿。

第三次轉化:10個頭,8只雞,2只兔,這時:有24條腿。

……

第十一次轉化:10個頭,0只雞,10只兔,這時:有40條腿。

我們將這十一次轉化出的情況,列了一個表,如上圖。

通過這個表的變化,我們可以看出一個規律:從10只全是雞開始,每用1只兔子替換一隻雞,就會使“腿”的總數增加“2”條腿。即:

從總數20條腿開始,每雞兔每替換一次,就增加兩條腿,那麼,當增加到28條腿時,替換了幾次呢?

28-20=8(條)腿→解釋:這表示從20條腿,增加到28條腿,一共增加了8條腿。

增加8條腿,是替換了幾次後完成的呢?

8÷(4-2)=4(次)→解釋:增加的“8”條腿÷(每次增加的腿數:兔子的4條腿 替換 雞的2條腿,每次增加“4-2”條腿 )= 得出:替換了4次。

替換了四次,是啥意思呢?替換了4次,就是有4只雞,被換成了4只兔子。也就是說:當有10個頭、28條腿的時候,籠子裡有4只兔子(同時換走4只雞)。那麼:

10個頭- 4個兔子頭=6只雞頭,

6只雞頭就是6只雞。

於是,我們總結上面這個過程:

10-(28-20)÷(4-2)=6(只)雞

其中:

10 是頭的數量。

28 是總腿數。

20 是假設都是2條腿時,有多少條腿(20=10×2)

28-20 是實際腿數比假設腿數多出的腿數

4 代表兔子的腿數

2 代表雞的腿數

4-2 是:每隻兔子比雞多出的腿數

最後得出雞的數量。

於是,10-(28-20)÷(4-2)=6(只)雞

上式就可以歸納出一般算式(通項式):

動物頭的數量-(總腿數-總動物頭數×2)÷(1只兔子的腿數- 1只雞的腿數)=雞的數量

圖解:雞兔同籠問題,最初是怎麼想出解法的?

將原題的數量代入通項式:

35-(94-35×2)÷(4-2)=23(只)雞

35-23=12(只)兔


當老師給小朋友們講題時,為了方便,於是用擬人化的手法,假設“先讓小兔子們和雞一樣,用2條腿站立”,其實,是用這個小朋友可以理解的說法,來替換用列表方法找到的:“每替換一次,就會增加兩條腿”即通項式中“(4-2)”這一部分。

雖然這樣講,小朋友好理解了,但同時也掩蓋了老師“從特殊到一般,再從一般返回另一個特殊”的思維過程。

所以,如果想成為一名學霸,不但要明白解題步驟,更重要的是探尋步驟背後“尋找步驟”的思維過程。一般來講,這個過程可以用:

從特殊到一般,再由一般返回另一個特殊”。這樣一句話來概括,即:從特殊式子,找到通項式,再把另一個特殊式的數值代入通項式,這樣一個探尋思路、解決問題的過程

我是自然學習,致力於:讓學習像呼吸一樣自然。


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