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辛酉丑:故事数学系列之——三好学生

辛酉丑 邹生书数学 2022-07-17


新学期即将开始,谨以此文献给那些勤奋学习而又默默无闻的好学生。


三好学生

作者:重庆南开(融侨)中学    辛酉丑

转自:文化数学

纬虹这学期表现有些反常,突然喜欢钻研数学难题,放学就往邻居家里串,“叔叔,飞哥回家了吗?”“阿姨,燕子放学没有?”大人们问他有什么事,是不是又要约人斗地主搞赌博?他说:“不是赌博,我想和他们讨论数学题。”

有一天燕子放学回家,纬虹缠着燕子问,燕子有些不耐烦,就说:“纬虹,你自己思考吧!我作业很多,要抓紧时间做,否则要熬夜。”纬虹说:“就一个题,你给我讲了,绝对不再打扰你。”燕子拗不过纬虹的死打烂缠,说:“真的只讲一个题吗?拿来吧。”

纬虹写了一个数学题:

燕子看了看这个题,说:“纬虹,你们学校的题比我们学校的题难,我们老师不要求解高次方程。”

纬虹说:“我也不知道为什么老师要我们解高次方程?可能想锻炼我们的思维吧!”

“哦,原来如此!这个题可以构造一元二次方程求解。”燕子幡然醒悟,立即写出解答过程:

又有一天,黑娃放学回家,纬虹缠着他问数学题,黑娃好奇地问道:“纬虹,过去都是约我们打台球、斗地主,今天怎么想起问数学题?”纬虹说:“快要毕业了,你们都那样刻苦努力,我也要拼一下,记得卓依婷的歌吗?《爱拼才会赢》。”黑娃点头说:“确实如此,人没点拼劲怎么行!你要问什么题?”

纬虹写了一个数学题:


漆黑的夜里,甲、乙、丙、丁四位旅行者来到了一座狭窄而且没有护栏的桥边。如果不借助手电筒的话,大家是无论如何也不敢过桥去的。不幸的是,四个人一共只带了一只手电筒,而桥窄得只够让两个人同时过。如果各自单独过桥的话,四人所需要的时间分别是1、2、5、8分钟;如果两人同时过桥,所需要的时间就是走得比较慢的那个人单独行动时所需的时间。
试问:如何设计一个方案,最少需要多少时间才能让这四人尽快过桥。
黑娃心想:要使过桥时间最少,必需让速度最快的人送电筒回来,显然送电筒回来的人只能是甲和乙。现在总共才4个人,可以用枚举法找到答案。想到这里,黑娃就在草稿纸上演算:
方案一:甲、乙、丙、丁单独过桥的的时间分别是1、2、5、8分钟。
第1步:先让甲丙过去,甲送回电筒,耗时:5+1=6(分钟);
第2步:让甲丁过去,甲送回电筒,耗时:8+1=9(分钟);
第3步:让甲乙过去耗时2(分钟);
   方案一总共耗时:17分钟。
方案二:第1步:先让甲乙过去,甲送回电筒,耗时:2+1=3(分钟);
第2步:让丙丁过去,乙送回电筒,耗时:8+2=10(分钟);
第3步:让甲乙过去耗时2(分钟);
   方案二总共耗时:15分钟。
黑娃算了两种方案,然后对纬虹说:“从上述解答过程可以看出:要想节约时间,必需让甲、乙送电筒回来,省去速度较慢的人的过桥时间。你按这个思路一种一种验证,就可以找到答案,我敢猜想15分钟就是最短时间。不过这个问题如果推广为N个人过桥,估计很你复杂。”
再说一个星期天,纬虹在院坝遇到飞哥,他主动上去调侃,“飞哥,大家 都是说你是解题高手、数学大神,我有一个数学题,我们学校所有同学都不会作,你敢不敢试一下?”飞哥是个急性子,最怕别人激他,尤其是别人拿数学难题和他打赌,他就血向上涌不服气,哪怕熬更守夜苦战几天甚至半年也不放弃。听纬虹这么一说,飞哥就来了兴致,立即问:“什么难题?拿来我试试。”


纬虹写了一个数学题:

10只猴子一起摘了1堆桃子,它们商量决定,先睡一觉再分。过了一会,来了1只猴子,它见别的猴子没来,便将这1堆桃子平均分成10份,结果多了2个,就将多的这2个吃了,拿走其中的1堆。又过了一会,第2只猴子来了,它不知道有1个同伴已经来过,还以为自己第1个到的呢,于是将地上的桃子堆起来,平均分成10份,发现也多了2个,同样吃了这2个,拿走其中的1堆。第3只、第4只、…、第10只猴子都是这样……问这10只猴子至少摘了多少个桃子?

飞哥看完题目,说:“这个题简单,是‘五猴分桃问题’改编的,看我秒杀它!”拿出纸笔,写出解答过程:

设这堆桃子有b0个,10个猴子分别拿了a1,a2,a3,…,a10个桃子(包括吃掉的2个),每个猴子拿走桃子后剩下桃子的个数为b1,b2,b3,…,b10.

还有一天,纬虹早早跑到黑娃家门口叫喊:“黑哥,在家吗?”黑娃爹开门出来,“黑娃还没回家,他说今天班上要办墙报,晚点回来。纬虹,你有事吗?”纬虹说:“一件小事,我想请教黑哥一个数学题。”黑娃爹说:“热爱学习是好事!继续努力一定能考上好大学。是什么难题?给叔叔看看可以吗?。”纬虹说:“我想了好几天 ,一点思路都没有,叔叔帮我看看吧!”

说着,纬虹写了一个数学题:

13个球中有12个是标准球,另一个质量不同,但不知道是偏轻还是偏重。现在要求用天平称3次,把那个伪球找出来,请写出称球方案。(允许赠送一个标准球R)


黑娃爹看了题目,说:“这是经典的称伪球问题。” 于是详细给纬虹讲解:

先对球进行编号和分组:(1,2,3,4,5),(6,7,8,9),(10,11,12,13),R.

第一次称:(1,2,3,4,5)—(6,7,8,9,R).

1.如(1,2,3,4,5)=(6,7,8,9,R),则假球在(10,11,12,13)中;

第二次称:(10,11)—(12,R).

(1)若(10,11)=(12,R),则13是假球,

第三次称13—R,可以确定偏轻还是偏重;

(2)若(10,11)<(13,R),则偏轻假球在(10,11)中,或者假重球为13;

第三次称(10,13)—(R,R).(注意,1-9号全是标准球)

若(10,13)<(R,R),则偏轻假球为10号;

若(10,13)>(R,R),则偏重假球为13号;

若(10,13)=(R,R),则偏轻假球为11号.

由此可以看出,从4个球中鉴定伪球只需两次。

(3)若(10,11)>(13,R),称球方法同(2).

2.如(1,2,3,4,5)<(6,7,8,9,R),则偏轻的假球在(1,2,3,4,5)中,或者偏重的假球在(6,7,8,9)中.

第二次称:(1,2,6,7)—(3,8,R,R).

(1)若(1,2,6,7)=(3,8,R,R),则偏轻的假球在(4,5)中,或者偏重的假球为9.

第三次称:(4,9)—(R,R),类似上面的方法可以确定假球。

(2)若(1,2,6,7)<(3,8,R,R),则偏轻的假球在(1,2)中,或者偏重的假球为8.

第三次称:(1,8)—(R,R),类似上面的方法可以确定假球。

(2)若(1,2,6,7)>(3,8,R,R),则偏轻的假球是3,或者偏重的假球在(6,7)中.

第三次称:(3,6)—(R,R),类似上面的方法可以确定假球。

3.如(1,2,3,4,5)>(6,7,8,9,R),称球方法与2同。

综上,3次不仅可以找出假球,而且可以确定假球偏重还是偏轻。

过了一段时间,依稀记得是一个周末,小院里突然传来吵闹声,大家颇为好奇。这是文明小区、和平小院,多年来从未出现吵闹现象,即使夫妻拌嘴也很少。听到吵闹声,左邻右舍的大人小孩好奇地出来看究竟,原来是旺仔爹在教育旺仔,旺仔爹很生气,一副恨铁不成钢的样子,说:“仔细想一想,你是怎么学的,这样读书完全是浪费学费,你看看纬虹,现在扑克都不玩了,别人多努力,今年评上三好学生了。”旺仔娘用衣襟擦了擦眼角,略带哭声地说:“旺仔,不要怪你爹生气,想想爸爸妈妈上班多辛苦,干的活比别人多,拿的钱比别人少。我们希望你认真读书,不要重复我们的路。我们身处社会底层,逛不完的菜市场,穿不完的地摊货,这样的人生毫无价值。”旺仔哭着说:“妈,我已经很认真很努力了,其实纬虹期末成绩没有我考得好,他今年评上三好学生,全靠他参加学校组织的‘未来星’数学擂台赛。”旺仔爹手指叩击桌面咚咚响,说道:“别人都知道参加比赛,你为什么不参加比赛?现在是竞争社会呀!”旺仔说:“我参加了比赛,那是一种群众性比赛,人人都可以参加,总共四个题,我想了一周,只作起两个题,估计得不了奖就没投稿,纬虹运气好,四个题全对,他得了第一名,所以,学校破格评他为三好学生。”黑娃爹问:“是不是有一个称伪球问题?”旺仔说:“就是那个题最难,我想了一周,一点思路都没有,全校只有纬虹一个人作对了。”旺仔爹生气地说:“为什么不问问院子的叔叔阿姨?”旺仔说:“妈妈从小教育我,自己的事情自己做,别人的事情帮忙做,妈妈的事情抢着做。在学校我是‘小红帽’,义务执勤,在家里帮妈妈做家务。”黑娃爹安慰旺仔爹:“荣誉是人人向往的,只要努力就行了,没必要为荣誉背负压力。旺仔是个好孩子,虽然学校没评上三好学生,其实在我们老邻居心中,他是一个五好学生。”


(声明:文中的人物和故事纯属虚构,如果人物姓名和某人相同,纯属巧合,请不要对号入座。)

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