我們在進行競賽與競爭時,往往要認真分析情況,制定出好的方案,使自己獲勝,這種方案就是對策.在小學數(shù)學競賽中,常有與智力游戲相結(jié)合而提出的一些簡單的對策問題,它所涉及的數(shù)學知識都比較簡單.但這類題的解答對我們的智力將是一種很有益的鍛煉.
例1 甲、乙二人輪流報數(shù),必須報不大于6的自然數(shù),把兩人報出的數(shù)依次加起來,誰報數(shù)后加起來的數(shù)是2000,誰就獲勝.如果甲要取勝,是先報還是后報?報幾?以后怎樣報?
分析 采用倒推法(倒推法是解決這類問題一種常用的數(shù)學方法).由于每次報的數(shù)是1~6的自然數(shù),2000-1=1999,2000-6=1994,甲要獲勝,必須使乙最后一次報數(shù)加起來的和的范圍是1994~1999,由于1994-1=1993(或1999-6=1993),因此,甲倒數(shù)第二次報數(shù)后加起來的和必須是1993.同樣,由于1993-1=1992,1993-6=1987,所以要使乙倒數(shù)第二次報數(shù)后加起來的和的范圍是1987~1992,甲倒數(shù)第三次報數(shù)后加起來的和必須是1986.同樣,由于1986-1=1985,1986-6=1980,所以要使乙倒數(shù)第三次報數(shù)后加起來的和的范圍是1980~1985,甲倒數(shù)第四次報數(shù)后加起來的和必須是1979,….
把甲報完數(shù)后加起來必須得到的和從后往前進行排列:2000、1993、1986、1979、….觀察這一數(shù)列,發(fā)現(xiàn)這是一等差數(shù)列,且公差d=7,這些數(shù)被7除都余5.因此這一數(shù)列的最后三項為:19、12、5.所以甲要獲勝,必須先報,報5.因為12-5=7,所以以后乙報幾,甲就報7減幾,例如乙報3,甲就接著報4(=7-3).
解: ①甲要獲勝必須先報,甲先報5;
、谝院,乙報幾甲就接著報7減幾.
這樣甲就能一定獲勝.
例2 有1994個球,甲乙兩人用這些球進行取球比賽.比賽的規(guī)則是:甲乙輪流取球,每人每次取1個,2個或3個,取最后一個球的人為失敗者.
①甲先取,甲為了取勝,他應采取怎樣的策略?
、谝蚁饶昧3個球,甲為了必勝,應當采取怎樣的策略?
分析 為了敘述方便,把這1994個球編上號,分別為1~1994號.取球時先取序號小的球,后取序號大的球.還是采用倒推法.甲為了取勝,必須把1994號球留給對方,因此甲在最后一次取球時,必須使他自己取到球中序號最大的一個是1993(也許他取的球不止一個).為了保證能做到這一點,就必須使乙最后第二次所取的球的序號為1990(=1993-3)~1992(=1993-1).因此,甲在最后第二次取球時,必須使他自己所取的球中序號最大的一個是1989.為了保證能做到這一點,就必須使乙最后第三次所取球的序號為1986(=1989-3)~1988(=1989-1).因此,甲在最后第三次取球時,必須使他自己取球中序號最大的一個是1985,….
把甲每次所取的球中的最大序號倒著排列起來:1993、1989、1985、….觀察這一數(shù)列,發(fā)現(xiàn)這是一等差數(shù)列,公差d=4,且這些數(shù)被4除都余1.因此甲第一次取球時應取1號球.然后乙取a個球,因為a+(4-a)=4,所以為了確保甲從一個被4除余1的數(shù)到達下一個被4除余1的數(shù),甲就應取4-a個球.這樣就能保證甲必勝.
由上面的分析知,甲為了獲勝,必須取到那些序號為被4除余1的球.現(xiàn)在乙先拿了3個,甲就應拿5-3=2個球,以后乙取a個球,甲就取4-a個球.
解: ①甲為了獲勝,甲應先取1個球,以后乙取a個球,甲就取4-a個球.
②乙先拿了3個球,甲為了必勝,甲應拿2個球,以后乙取a個球,甲就取4-a個球.
例3 甲、乙兩人輪流往一張圓桌面上放同樣大小的硬幣,規(guī)定每人每次只能放一枚,硬幣平放且不能有重疊部分,放好的硬幣不再移動.誰放了最后一枚,使得對方再也找不到地方放下一枚硬幣的時候就贏了.說明放第一枚硬幣的甲百戰(zhàn)百勝的策略.
分析 采用“對稱”思想.
設想圓桌面只有一枚硬幣那么大,當然甲一定獲勝.對于一般的較大的圓桌面,由于圓是中心對稱的,甲可以先把硬幣放在桌面中心,然后,乙在某個位置放一枚硬幣,甲就在與之中心對稱的位置放一枚硬幣.按此方法,只要乙能找到位置放一枚硬幣,根據(jù)圓的中心對稱性,甲定能找到與這一位置中心對稱的地方放上一枚硬幣.由于圓桌面的面積是有限的,最后,乙找不到放硬幣的地方,于是甲獲勝.
解: (略).
例4 把一棋子放在如右圖左下角格內(nèi),雙方輪流移動棋子(只能向右、向上或向右上移),一次可向一個方向移動任意多格.誰把棋子走進頂格,奪取紅旗,誰就獲勝.問應如何取勝?
分析 采用倒推法.由于只能向右、向上或向右上移,要把棋子走進頂格,應讓對方最后一次把棋子走到最右邊一列的格中,為了保證能做到這一點,倒數(shù)第二次應讓棋子走進右圖中的A格中.(對方從A格出發(fā),只能向右或向上移至最后一列的格中)所以要獲勝,應先占據(jù)A格.同理可知,每次都占據(jù)A~E這五個格中的某一格的人一定獲勝.
解: 為保證取勝,應先走.首先把棋子走進E格,然后,不管對方走至哪一格,(肯定不會走進A~D格),先走者可以選擇適當?shù)姆椒ㄒ徊阶哌MA~D格中的某一格.如此繼續(xù),直至對方把棋子走進最后一列的某個格中,此時先走者一步即可走進頂格,奪取紅旗,從而獲勝.
例5 白紙上畫了m×n的方格棋盤(m,n是自然數(shù)),甲、乙兩人玩畫格游戲,他們每人拿一枝筆,先畫者任選一格,用筆在該格中心處畫上一個點,后畫者在與這個格相鄰(有一條公共邊的兩個格叫相鄰的格)的一個格的中心處也畫上一個點,先畫者再在與這個新畫了點的格相鄰的格的中心畫上一個點,后畫者接著在相鄰的格中再任選一格畫上一個點,…,如此反復畫下去,誰無法畫時誰失敗.問:先畫者還是后畫者有必勝策略?他的必勝策略是什么?(注:已畫過點的格子不準再畫.)
分析 m,n是自然數(shù),不定,不妨選幾個小棋盤來試試,以便從中找出規(guī)律.
1×1棋盤,先畫者勝.
1×2棋盤,后畫者勝.
2×2棋盤,后畫者勝.
2×3棋盤,后畫者勝.后畫者的策略如下:2×3棋盤,總可以事先分割成3個1×2的小棋盤.后畫者采用“跟蹤”的方法:先畫者在某個1×2的小盤中某個格內(nèi)畫了點,后畫者就在同一個1×2小盤中的另一格畫點;先畫者只得去尋找另外的1×2的小盤,后畫者“跟蹤”過去;直至先畫者找不到新的1×2小盤,這時,先畫者就失敗.
由2×3棋盤的分析過程知:m,n中至少有一個為偶數(shù)時,m×n棋盤總可以事先分成一些1×2或2×1的小棋盤,利用上面所說的“跟蹤”法,后畫者有必勝策略.
若m,n都是奇數(shù),先畫者事先把m×n棋盤劃分成一些1×2小棋盤后,還剩一個小格.這時,先畫者可以先在這個剩下的小格中畫點,之后,先畫者用“跟蹤”法,就歸結(jié)為m、n至少有一個為偶數(shù)的情形,先畫者有必勝策略.
綜上所述,當m、n中至少有一個為偶數(shù)時,后畫者有必勝策略;當m、n都為奇數(shù)時,先畫者有必勝策略.
解: (略).
例6 現(xiàn)有9根火柴,甲、乙兩人輪流從中取1根、2根或3根,直到取完為止.最后數(shù)一數(shù)各人所得火柴總數(shù),得數(shù)為偶數(shù)者勝.問先拿的人是否能取勝?應怎樣安排策略?
分析 我們從最簡單的情況開始進行考慮.
由于9是奇數(shù),它分成兩個自然數(shù)的和時,必然一個是奇數(shù),一個是偶數(shù),所以兩人中必然一勝一負.由于偶數(shù)分成兩個自然數(shù)的和時,必然同奇或同偶,故無論如何取,都只能平局.因此我們只對火柴總數(shù)為奇數(shù)的情況加以討論.
1.如果有1根火柴,那么先取的人必敗,后取的人必勝.
2.如果有3根火柴,先取的人可以取2根,后取的人只能取1根,那么先取的人必勝,后取的人必敗.
3.如果有5根火柴,不妨設為甲先拿.
甲先拿1根:
、僖夷1根,還剩3根,甲取3根.甲的火柴總數(shù)為:1+3=4(根),乙的火柴總數(shù)為1根,因此甲勝.
、谝夷2根,還剩2根,甲取1根,乙取1根.甲的火柴總數(shù)為:1+1=2(根),乙的火柴總數(shù)為:2+1=3(根),因此甲取勝.
、垡夷3根,還剩1根,甲取1根.甲的火柴總數(shù)為:1+1=2(根),乙的火柴總數(shù)為3根,因此甲勝.
因此,如果有5根火柴,先拿的人有必勝的策略.
4.下面討論7根火柴的情形.
甲先取了3根:
還剩4根,同前面3①~③分析可知甲必勝。
因此,有7根火柴時,先取的人有必勝的策略.
5.最后討論9根火柴的情形.
①甲先取1根,乙取3根,還剩5根.
。╝)甲取1根,還剩4根,乙取3根,甲取1根,乙勝.
。╞)甲取2根,還剩3根,乙取3根,乙勝.
。╟)甲取3根,還剩2根,乙取1根,甲取1根,乙勝.
因此,在甲先取1根的情況下,(乙接著取3根)乙有必勝的策略.
、诩兹2根時,還剩7根,這時乙面臨7根的情形,乙取3根,不論以后甲怎樣取,乙都有必勝的策略.
、奂兹3根時,還剩6根;乙取1根,還剩5根.
。╝)甲取1根,還剩4根,乙取3根,甲取1根,乙勝.
。╞)甲取2根,還剩3根,乙取3根,乙勝.
(c)甲取3根,還剩2根,乙取1根,甲取1根,乙勝.
因此在甲先取3根的情況下,乙只要取1根,不論以后甲怎樣取,乙都有必勝的策略.
綜上所述,先取的人沒有必勝的策略,后取的人有必勝的策略.
解: (略).