英國(guó)數(shù)學(xué)教育家貝克浩斯(Backhousl)在研究“問(wèn)題解決”時(shí)首先提到的是中國(guó)古算題,其中包括雞兔同籠問(wèn)題、100個(gè)和尚買100個(gè)饅頭問(wèn)題等。解這些問(wèn)題需要想象,解者在其情景中有明確的且力所能及的目的,但缺少現(xiàn)成的方法達(dá)到此目的,因此常常作為夜航船中或納涼賞月時(shí)的一種試智比知式考問(wèn)的備辦學(xué)問(wèn),一代一代傳下來(lái),還傳到世界各地,雞兔問(wèn)題傳到日本叫龜鶴問(wèn)題。明代作家張岱曾說(shuō):“天下學(xué)問(wèn),惟夜航船中最難對(duì)付”。又到納涼的季節(jié),老公公們要用這些問(wèn)題來(lái)試試兒孫輩的學(xué)問(wèn)怎樣?有位小朋友聽(tīng)了老公公提出的問(wèn)題,覺(jué)得難度不大,便滿懷信心地對(duì)老公公說(shuō):慢點(diǎn),讓我打開(kāi)燈,拿紙和筆。老公公講不用筆就不可以算嗎?這一下,許多小朋友都被難住了。顯然老公公解這些難題的技巧肯定不同凡響,那么老公公是怎樣解這些問(wèn)題的呢?我們先舉個(gè)例子說(shuō)說(shuō)。
一、雞兔同籠問(wèn)題
例1 籠中有若干只雞和兔,它們共有50個(gè)頭和140只腳,問(wèn)雞兔各有多少只?
解法1 假設(shè)法
假設(shè)一個(gè)未知數(shù)是已知的,比如假定50個(gè)頭全是兔,則共有腳(4×50=)200(只),這與題中已知140只不符,多出(200-140=)60(只),多的原因是雞當(dāng)兔后每只雞多算了2只腳,所以雞的只數(shù)是(60÷2=)30(只),則兔的只數(shù)為(50-30=)20(只)。
這種解法,思路清晰,但較復(fù)雜,不便操作。能不能形象地畫個(gè)圖呢?讓我們?cè)囋嚒?/font>
解法2 圖形法
從圖中看ACDF的面積=4×50=200(只腳), 比實(shí)際多出 GHEF的面積=200-140=60(只腳), AB=GH=60÷2=30(只雞), BC=AC-AB=50-30=20(只兔)
解法2比解法1高級(jí),算理是一樣的。這里答案是圖上算出的,顯然這兩種解法都要用紙和筆。不用紙和筆肯定是用口訣或易記的公式,這是老公公的傳家寶。
解法3 公式法
老公公講:只要用哨子一吹,并喊一聲口令:“全體肅立”。這時(shí)每只雞呈金雞獨(dú)立之狀,每只兔呈玉兔拜月?tīng),著地的腳數(shù)之和有(140÷2=)70(只),其中雞的頭數(shù)與腳數(shù)相等,由于每只兔的腳比頭數(shù)多1,因此兔的頭數(shù)為(70-50=)20(個(gè)),即兔有20只,則雞有(50-20=)30(只)。這個(gè)故事實(shí)際上老公公用了如下的公式。
腳數(shù)和÷2-頭數(shù)和=兔子數(shù)。
小孫子們聽(tīng)了興趣為之大增,紛紛叫老公公再出幾道題。老公公又出了
(1)30個(gè)頭,80只腳……。(兔10,雞20)。
。2)100只腳,40個(gè)頭……。(兔10,雞30)。
。3)80個(gè)頭,200只腳……。(兔20,雞60)
小孫子們個(gè)個(gè)都愉快地答出來(lái)了。
這個(gè)公式簡(jiǎn)潔好用,它是祖代傳下來(lái)的還是老公公想出來(lái)的呢?我們中華文化博大精深,這兩種可能性都是有的。這個(gè)公式是碰巧做對(duì)還是符合算理的呢?這是十分重要的。數(shù)學(xué)家高斯說(shuō)過(guò):“數(shù)學(xué)中許多方法與定理是靠歸納發(fā)現(xiàn)的,證明只是補(bǔ)行的手續(xù)而已。”現(xiàn)在我們就來(lái)補(bǔ)行這個(gè)手續(xù)。
2雞頭=雞腳。
4兔頭=兔腳。
得:兔腳+雞腳=2雞頭+4兔頭
=2(雞頭+2兔頭)。
這就證明了老公公歸納的公式。
說(shuō)到雞兔同籠問(wèn)題,常常大家精神就緊張起來(lái),以為是難題來(lái)了。現(xiàn)在掌握了規(guī)律其實(shí)不難,所以凡事都應(yīng)去摸索規(guī)律,照規(guī)律辦事。
雞兔同籠問(wèn)題在民間是當(dāng)故事講的,有沒(méi)有實(shí)際價(jià)值呢?我們?cè)賮?lái)看下面的問(wèn)題。
二、郵票問(wèn)題
例2 買3角與5角的郵票共24張,總值4.6元,問(wèn)兩種郵票各買了幾張?
解這道題當(dāng)然可以用假設(shè)法和圖形法,但用什么樣的公式呢?美國(guó)數(shù)學(xué)教育家C?波利亞說(shuō):“……不論初等數(shù)學(xué)、高等數(shù)學(xué)中的發(fā)現(xiàn)……特別是不能沒(méi)有類比。”用類比很容易發(fā)現(xiàn)這個(gè)公式是:郵
設(shè)3角郵票為A1張,價(jià)值A2角;
5角郵票為B1張,價(jià)值B2角。
說(shuō)明數(shù)量關(guān)系與雞兔同籠問(wèn)題相一致。
又3A1=A2,5B1=B2。
得:A2+B2=3A1+5B1,
這就與例1的公式相類似,很容易將這個(gè)公式翻譯成語(yǔ)言陳述,大家試
(24-12=)12(張)。
如果你認(rèn)為這個(gè)公式不太好記,就不妨用圖來(lái)解。
。24×5-96)÷2=12(張、3角)
24-12=12
所以解題方法的選用常常是根據(jù)具體情況而定的。
再試試
(1)6角與8角的郵票共18張,總價(jià)12.4元,問(wèn)兩種郵票各幾張?(10,8)
。2)3角與8角的郵票共100張,總價(jià)50元,問(wèn)兩種郵票各幾張?(60,40)
三、植樹(shù)問(wèn)題
例3 一次植樹(shù)活動(dòng),規(guī)定大樹(shù)每人種2棵,小樹(shù)每人種4棵,全班50人種樹(shù)140棵,問(wèn)種這兩種樹(shù)的各有多少人?
這道題可用例1的公式很快解得種大樹(shù)的有30人,種小樹(shù)的有20人。
四、運(yùn)輸(工作)問(wèn)題
例4 有小卡車50輛,大卡車每輛運(yùn)4噸,小卡車每輛運(yùn)2噸,共運(yùn)140噸化肥,問(wèn)大小卡車各幾輛?
難道不是題目看完答案就出來(lái)了嗎?
五、農(nóng)藥問(wèn)題
例5 甲種農(nóng)藥每千克兌水20千克,乙種農(nóng)藥每千克兌水40千克,現(xiàn)為了提高藥效,根據(jù)農(nóng)科所意見(jiàn),甲乙兩種農(nóng)藥混合使用,已知兩種農(nóng)藥共50千克,要配藥水140千克,問(wèn)甲、乙兩種農(nóng)藥各需多少千克?
用公式解很簡(jiǎn)單(30,20),如果將這個(gè)公式交給農(nóng)民,那么他們配起農(nóng)藥來(lái)就既方便又正確,你能想出這個(gè)公式是什么嗎?
還會(huì)遇到許多許多的問(wèn)題,它們的數(shù)量關(guān)系(應(yīng)用題的本質(zhì))與雞兔同籠問(wèn)題相一致,都可以用雞兔同籠問(wèn)題的三種方法來(lái)解,這些問(wèn)題我們將它們統(tǒng)稱為雞兔同籠問(wèn)題。
相傳大禹治水到黃河,發(fā)現(xiàn)一只神龜,背上馱了一張圖叫河圖(洛書(shū))。(左圖),用阿拉伯?dāng)?shù)字表示就是右圖,圖中三條豎線、三條橫線、二條對(duì)角線共八條線上三個(gè)數(shù)的和都是15,這樣的圖是怎樣造出來(lái)的呢?其法一時(shí)失傳了,于是有人用它來(lái)占卜、相風(fēng)水,進(jìn)入迷信狀態(tài)。后來(lái)數(shù)學(xué)家發(fā)現(xiàn)其原理是二進(jìn)制,說(shuō)明二進(jìn)制是中國(guó)人最先發(fā)明的,近代根據(jù)二進(jìn)制發(fā)明了計(jì)算機(jī),所以有些基礎(chǔ)科學(xué)的研究成果一時(shí)看起來(lái)無(wú)多大用途,以后漸漸會(huì)發(fā)現(xiàn)有大用途,雞兔同籠問(wèn)題不也是這樣嗎?因此我們一定要重視基礎(chǔ)科學(xué)的學(xué)習(xí)和研究。