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下一个数是?

2017-04-07 Maths52 52数学网

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圆珠笔 5 元一支,买 3 支需要多少钱?

类似的题目,谁小学没做过?


如果你顺手写成:3×5=15元,能得分吗?

我读小学的时候,这种写法是绝对不行的。一定要写成:5×3=15元,才能得分。当时老师总是强调 3×5 表示 5 个 3 相加,即3+3+3+3+3,而 5×3 表示 3 个 5 相加,即 5+5+5,显然后者才符合题意。


实际上,很多小学老师都认为:过分严格区分 5×3 和 3×5 是吹毛求疵,是呆板、机械的做法,容易遏制学生的思维;而等后来学到乘法交换律,又要和学生说:5×3=3×5,不是多此一举吗?


但没有办法,当时的考试规定是一定要写成 5×3 才得分。事关考试升学,学生的前途命运,尽管老师心里有疑惑,甚至是不满,也是没有办法的。


后来张师(张景中院士,小编注) 知道了这个事情,写了几篇文章,得到多数小学老师的认同。有老师也写文章回应:从学术讨论上来说,大家的想法基本是一致的。问题是考试怎么办?


张师虽然不在小学教书,但是小学老师的心情他是非常理解的。他知道,在中国考试分数决定一切,不解决考试的问题,说什么也没有用。


于是张师写信给教育部的领导刘坚教授,表达老师们的呼声和自己的看法,刘坚教授觉得这个建议很有意义。后来,新的课程标准中明确指出:“ 3 个 5 可以写作 3×5,也可以写作 5×3,3 和 5 都是乘数(也可以叫因数)。”


有了正式文件,老师们心中就有底了,学生们没必要区分得那么辛苦。但很少有人知道这中间有张师的辛劳。


历史往往会重演。现在小学数学中有一类题弄,叫做找规律,譬如给出一些数,让你观察并总结规律,猜测下一个数。这种题目不只是小学中有,很多考试中都有,譬如公务员考试、教师招聘考试等。于是网络上、QQ群里,都不断有人问起。


我们先来看一些例子:

给出1、2、4、8、16,下一个数是?我们可以认为是32,因为后一个数是前一个数的2倍。


给出1、4、9、16、25,下一个数是?我们可以认为是36,因为前面每个数都是自然数的平方。


给出1、1、2、3、5、8,下一个数是?我们可以认为是13,因为从第三个数开始,每个数等于前两数之和。这就是著名的斐波那契数列,也叫兔子数列。


给出1、2、6、42、1806,那么下一个数是哪个呢?我们可以认为是3263442,规律是这组数的第一个数是1,后面的每个数都是前一个数乘以这个数加上1。验证如下:1,1×(1+1)=2,2×(2+1)=6,6×(6+1)=42,42×(42+1)=1806,1806×(1806+1)=3263442。


类似地,给出一组数:1、4、14、45、139,可认为规律是这组数的第一个数是1,然后:(1×3) + 1=4,(4×3) + 2=14,(14×3)+3=45,(45×3)+4=139。


给出60、30、20、15、12,可认为规律是这组数的第一个数是60,然后:1/2×60=30,1/3×60=20,1/4×60=15,1/5×60=12。


看了这么多例子,你是不是摸出了些门道来呢?这类问题,有些较简单,但有些却很难让人难以捉摸,很难猜到出题人所指的到底是啥规律。这类问题这几年在公务员考试中出现,难倒一大批人。


我们要特别强调:这种找规律,是一种不完全归纳。给出若干个数,是不能完全确定下一个数的。就好像你发现“一”是一横,“二”是二横,“三”是三横,能推出“四”是四横么?


我们此处所谓的发现了规律只是这组数表现较为明显的规律而已,并不唯一。可能另外的人从别的角度给出答案,也有说得过去的理由。


譬如1、2、3、4、5、6、7后面一定是8么?不一定。也可能是1啊,想想周日之后是不是又是周一?


又譬如2、4、8、16后面一定是32么?不一定。有人给出了这样的几何解释。如图,圆周上有2点,将圆分成2部分;圆周上有3点,将圆分成4部分;圆周上有4点,将圆分成8部分;圆周上有5点,将圆分成16部分;圆周上有6点,将圆分成30部分,而不是32部分。



考试命题的一个基本要求是题目的科学性,譬如单选题就要求有且仅有一个答案。显然这种所谓的数字规律题不满足要求。下面是2007年国家公务员考试测试卷第45题:


0,2,10,30,(     )

A. 68        B. 74        C. 60        D. 70


有人选A,他认为的规律:0³+0,1³+1,2³+2,3³+3,4³+4,即 an=n³+n,n为自然数。


有人选B,他认为的规律:0×2+2=2,2×2+6=10,10×2+10=30,30×2+14=74,即an+1=2an+4n+2,a₀=0,n为自然数。


你可能会倾向于A,但是否有足够的理由排除B呢?实际上,若学过高等数学,利用拉格朗日插值公式,可得出无数多的答案。


类似的例子还有不少。如2009年广东省公务员录用考试第2题:


168,183,195,210,(     )

A. 213        B. 222        C. 223        D. 225


有人将给出的几个数作差,得到15,12,15,于是猜测接下来的差会是12,而一项应当是 210+12=222。


有人则认为:168+1+6+8=183;183+1+8+3=195;195+1+9+5=210;所以 210+2+1+0=213。


我的一位朋友是作公务员考试培训的。他和我诉苦道:以上两种所谓的规律,在公务员考试中都出现过。所以在讲课时,两种思路都会讲,如果考试时真的出了这样的题目,也不知道是选A还是选B,只能看运气!想想看,考生那么多,哪能每个人的想法都与出题人一致呢?


此外,这种规律题还有些更特别的思维,已经完全不是找规律的逻辑题了,而是脑筋急转弯。


譬如1、2、3、5、4,下一个数字是什么?答是100。理由是:1、2、3、5、4的中文是一、二、三、五、四,分别是1画、2画、3画、4画、5画。而100的中文是百,6画。


但这样的题目也出现在考卷上,如2008 年重庆市公务员录用考试第71题。


图形推理:每道题包含问题图形和可供选择的4个图形。问题图形具有一定的相似性。也存在某种差异。你要从中找出其变化的规律,并把这种规律正确地运用到解题过程中,或者依据图形变化的规律进行选择。



一本公务员考试宝典写道:这道题的思路为汉字的笔画数,但是正确答案有两个选项。“王”、“外”、“同”、“里”四个汉字笔画数分别为4画、5画、6画、7画,因此应当选出一个笔画数为8画的汉字,符合条件的汉字有两个,“画”字与“依”字均为8画。因此这道题的正确选项有两项。


作为考题,是不是应该更严肃慎重一点呢?而对于教学而言,强迫学生去揣测出题人的意图,追求所谓的标准答案,不是在抹杀学生自己的想象力么?


我们来看一个外国的例子。


如果给出下面三角形,下一行应该填什么?想必很多人都会填写“1 4 6 4 1”,因为规律很明显,不就是杨辉三角么?

而有三个外国中学生给出了不同的答案,他们的文章 The Rascal Triangle 发表在2010 年的 THE COLLEGE MATHEMATICS JOURNAL。


文章先是设计了一个教学场景(三个作者不是一个学校的),老师很不满意他们给出的答案“1 4 5 4 1”,告诉他们3+3应该等于6,而不是等于5。


学生解释:我们定义的规则有所不同,除了每行两端都为1之外,其余每个数都等于肩上两数相乘,加1,除以头顶上(即再上一行对应位置上)的数,譬如第5行的4=(1×3+1)/1,5=(3×3+1)/2。


老师提出疑问,所给规则最后用到除法,那能否保证生成的数阵,每一个数都是整数?如果是杨辉三角,那就简单,整数相加总是整数。而若所得不是整数,则这样的定义规则显然是不完美的。


学生给出了巧妙的证明。将数阵旋转45°,得


0: 1   1   1   1   1    1    ...

1: 1   2   3   4   5    6    ...

2: 1   3   5   7   9    11   …

3: 1   4   7  10  13  16   ...

4: 1   5   9  13  17   21  ...


这样一来,数阵中的每一个位置对应哪个数就更好表述了。行数列数都从 0开始,则第m行第n列的数是mn+1,第m行为:1,m+1,2m+1,...,nm+1。

[m(n+1)+1][(m+1)n+1]+1

=[(mn+1)+m][(mn+1)+n]+1

=(mn+1)(mn+1)+m(mn+1)+(mn+1)n+mn+1

=(mn+1)[(mn+1)+m+n+1]

=(mn+1)[(m+1)(n+1)+1]


上式除以mn+1,所得 (m+1)(n +1) +1正好是第m+1行第n+1列的数。根据数学归纳法可知所有数都是整数。


作为老师,看到学生能有这样的创新,心里自然是高兴的。但可能也会有点担心,要是考试出这样的题目怎么办呢?


我想这种所谓的数字规律题,还是要引起相关主管部门的重视为好。要么取消这种题目,要么将之作为主观题,只要考生写出自己认为的规律,能够自圆其说,都要视情况给分。




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