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第3章 飞渡数学王国(3)

=100a2+10ab+100a-10ab+bc=100a(a+1)+bc如42×48=?,可以用十位数字乘以比 十位数字大1的数,即,4×5=20,再用两个数的个位数字相乘,即2×8=16,最后把两 个乘积写在一起,即:2016,即42×48=2016.

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4个连数相乘再加1,就是一个完全平方数

4个相邻自然数中,设最小的1个是a,那么,我们就来研究下面的数究竟是不是一 个完全平方数:a(a+1)(a+2)(a+3)+1=a(a+3)(a+1)(a+2)+1=(a2+3a) (a2+3a+2)+1=(a2+3a)2+2(a2+3a)+1=(a2+3a+1)2.好了,a是一个自然数,( a2+3a+1)2不就是个自然数的完全平方么?

24.屡战屡胜,布阵各异

二人对阵,其乐无穷,下二局完全相同的象棋其可能性极小,这是为什么?

下象棋开局的时候,一般变化不太多,但后来厮杀时,变化较多,一只车就可以 前后左右有十来种走法。所以,下一步棋有10种到20种变化也是完全可能的。如果双 方各走30步,那么变化也有1060即61位整数的数,所以一般说来,下棋,从头到尾完 全相同的棋局,其可能性是极小的。

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0也是偶数

我们讨论奇偶数,一般是指自然数范围以内的,0不是自然数,不在其内。究竟 是偶数还是奇数,判断的标准很简单。凡是能被2整除的是偶数,不能被2整除的是奇 数。所谓整除就是说商数应该是整数,而且没有余数。显然,因为0÷2=0,商数是整 数0,所以0是偶数。

25.第四名怎样找

某学校举行数学竞赛,A、B、C、D、E五位同学获得前五名,在公布成绩前,他 们五人预测名次的谈话如下:A说:B第三名,丙第五名;B说:E第四名,D第五名;C 说:A第一名,E第四名;D说:C第一名,B第二名;E说:A第三名,D第四名。如果每 个名次都有人猜对,请预测获得第四名的应是哪位同学?

分析:根据A、B、C、D、E五个同学预测的名次列表格如下图:

12345A说BCB说〖5〗EDC说A〖5〗ED说CBE说〖4〗AD

由表格可知:第二名可能是B,从而第三名是A,第一名是C,第五名是D,因此第四名 应是E.

利用图形或表格进行逻辑推理的方法叫做图表法。

26.数学家有感于“农妇卖蛋”

一农妇去市场卖鸡蛋,第一次卖去全部鸡蛋的一半又半个;第二次又卖去剩下鸡 蛋的一半又半个;第三次卖去前两次卖后所剩下鸡蛋的一半又半个,最后又卖去所剩 下鸡蛋的一半又半个,这时鸡蛋恰好卖完,问农妇原有多少鸡蛋?

“农妇卖蛋”是一个经典问题。

许多数学爱好者对这个问题十分感兴趣,并给出了许多解答方法,但多数方法较 为繁琐。瑞士著名的数学家欧拉对这个问题给出了一个别具一格的解法:设第三次卖 完后所剩(第四次卖去)的鸡蛋,第二次卖完后所剩鸡蛋数应为:(3+0.5)×2=7( 个),因此,农妇原有鸡蛋数为:(7+0.5)×2=15(个)

我们从欧拉对上述问题得到启发:有些数学问题,如果按正向思维去考虑问题, 有时难以入手或根本无法获解,但若能根据问题提供的条件,进行逆向思维去考虑, 则有获解的希望。欧拉解农妇卖蛋问题正是这种逆向思维方式的具体体现。

27.老鼠胜猫,人在作怪

有只老鼠,在圆形湖边碰到了猫,惊慌中跳进圆湖中,湖边上的D处有猫进不去 的石隙可以让老鼠藏身。猫在岸上跑的速度是老鼠在湖中游的速度的4倍,看来老鼠 无论游到何处上岸,猫都可以追捕到它,似乎老鼠是断无生机了,老鼠如何逃生?

分析:大圆内部表示圆湖,其半径为R,取R4为半径作一个同心圆S,让老鼠先游至 S圆,然后围圈游,猫在岸上沿大圆转。设CD是大圆的直径,CD与小圆交于E.现老鼠 应找到这样一个时机;当猫跑到C时,老鼠正好游到E的位置,然后沿ED方向游向湖岸 .因为ED的长等于34R,设老鼠的速度为V,则老鼠由E点到D点的时间为3R4V,但猫沿湖 岸到达E点所需的时间πR4V,而πR4V>3R4V,所以老鼠可以先上岸钻进岸边石隙逃生。

28.5法郎巧取1000法郎

亚历山大·大仲马是19世纪法国著名作家,但在世时生活却十分贫困,常常手无 分文。

一次偶然的机会,他急中生智索取1000法郎的酬金。大仲马怎样巧取酬金?

有一天,瓦利也杰剧院的经理找到大仲巴,愿意和他订一个合同,条件是:剧院 给大仲马1000法郎的酬金,要大仲马为剧院写一个剧本,在前25场演出后,必须使剧 院获得60000法郎的利润。于是双方在合同书上签了字。

很快,大仲马就把剧本写好了,演出时场场暴满,获得了很大的成功。当演到第 25场时大仲马便来到剧院找经理索取1000法郎的酬金。

经理见大仲马来了,不屑一顾地说:“您很不走运啊,大仲马先生!我们刚刚结 算完25场演出所获得的利润,仅仅收了59997法郎。……”

大仲马听后,心理很不是滋味,稍稍思考了片刻,一言不发,直奔售票处,花35 法郎买了一张门票,随即又迅速走进经理室:“经理先生,现在你剧院的收入已经是 60002法郎了。”他一边说,一边向经理扬着手中的门票。

这位经理先是一楞,转而惊叹大仲马的应变能力,这里的计算并不复杂,可却帮 了大仲马的忙,经理无可奈何,只好将1000法郎的酬金如数付给了他。

29.问羊有几何

百羊问题是出自中国古代算书《算法统宗》中的一道题。

什么是百羊问题?

这个问题说的是:“牧羊人赶着一群羊去寻找草长得茂盛的地方放牧。

有一个过路人牵着一只肥羊从后面跟了上来。他对牧羊人说:”你赶来的这群羊 大概有一百只吧?“牧羊人答道:”如果这一群羊加上一倍,再加上原来这群羊的一 半,又加上原来这群羊的四分之一,连你牵着的这只肥羊也算进去,才刚好凑满一百 只。“谁能知道牧羊人放牧的这群羊一共有几只?

根据题意,我们可设这群羊共有x只,则

x+x+12x+14x+1=100,解这个方程得:X=36,也就是牧羊人放牧的这群羊共有36只 .

第30.佛掌上的”明珠“

印度是个信奉佛教的国度,古印度人对数学的贡献被称为佛掌上的”明珠“.

在公元前3世纪,印度出现了数的记号。在公元200年到1200年之间,古印度人就 知道了数字符号和0符号的应用,这些符号在某些情况下与现在的数字很相似。此后 ,印度数学引进十进位制的数字和确立数字的位值制,大大简化了数的运算,并使记 数法更加明确。如古巴比伦的小记号既可以表示1,也可以表示1/60,而在印度人那 里符号1只能表示1个单位,若表示十、百等,须在1的后面写上相应个数的0,现代人 就是这样来记数的。

印度人很早就会用负数来表示欠债和反方向运动。他们还接受了无理数概念,在 实际计算中把适用于有理数的运算步骤用到无理数中去。

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阿拉伯人对古代数学的贡献,是现在人们最熟悉的1、2…9、0十个数字,称为阿 拉伯数字。但是,在数学发展过程中,阿拉伯人主要是吸收、保存了希腊和印度的数 字,并将它传给欧洲,架起了一座”数学之桥“.

在算术上,阿拉伯人采用和改进了印度的数字记号和进位记法,也采用了印度的 无理数运算,但放弃了负数的运算。代数这门学科的名称就是由阿拉伯人发明的。阿 拉伯人还解出一些一次、二次方程,甚至三次方程,并且用几何图形来解释它们的解 法。

31.神奇的生日组合

爱因斯坦出生在1879年3月14日。把这些数字连在一起,就成了1879314.重新排 列这些数字,任意构成一个不同的数(例如3714819),在这两个数中,用大的减去 小的(在这个例子中就是3714819-1879314=1835505),得到一个差数。把差数的各 个数字加起来,如果是二位数,就再把它的两个数字加起来,最后的结果是9(即 1+8+3+5+5+0+5=27,2+7=9)。

哥白尼的生日是1473年2月19日,牛顿的生日是1642年12月25日,高斯出生于 1777年4月30日,居里夫人出生于1867年11月7日,只要按照上面的方法去计算,最后 一定都得到9.实际上,把任何人的生日写出来,做同样的计算,最后得到的都是9.

32.为神秘的”天外来客“祝福

相传毕达哥拉斯发现毕达哥拉斯定理以后,高兴得不得了,宰了100头牛大肆庆 贺了许多天。

说来有趣,正是这个让他欣喜若狂的定理,后来又使他狼狈万分,几乎无地自容 .

毕达哥拉斯错误地认为:宇宙间的一切现象,都可以归结为整数或者整数的比; 除此之外,就不再有别的什么东西了。

问题就出在这里。有一天,毕达哥拉斯的学生希伯斯,在世界上找到了一种既不 是整数,又不是整数之比的怪东西。

根据毕达哥拉斯定理,希伯斯算出边长为1的正方形的对角线的长度等于2.可是 ,2既不是整数,也不是整数的比。他惶惑极了:根据老师的看法,2应该是世界上根 本不存在的东西呀?

希伯斯把这件事告诉了老师。毕达哥拉斯惊骇极了,他做梦也没想到,自己最为 得意的一项发明,竟招来一位神秘的”天外来客“.

毕达哥拉斯无法解释这种怪现象,又不敢承认2是一种新的数,因为他的全部” 宇宙“理论,都奠基在整数的基础上。他下令封锁消息,不准希伯斯再谈论2,并且警 告说,不要忘记了入学时立下的誓言。

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毕达哥拉斯定理的内容是:在直角三角形里,两条直角边的平方和,一定等于斜 边的平方。这是几何学里一个非常重要的定理。

33.看谁得的金币多

一天,一个外星人来到了地球,他的名字叫欧米加。他可以十分准确地预言每一 个人在面临”两个里挑一个“时会选择哪一个。

欧米加用两个大箱子检验了很多人。箱子A是透明的,总是装着100个金币;箱子 B不透明,它要么装着10000个金币,要么空着。他告诉每个受试者,有两种选择,一 种是拿走两个箱子,可以获得其中的东西。可是,当我预计你这样做时,我就让箱子 B空着,你就只能得到100个金币。另一种选择是只拿一个箱子B.如果我预计你这样做 时,我就放进箱子中10000个金币,你能全部得到它。

一个男孩子决定只拿箱子B,他的理由是,我已看见欧米加尝试了许多次,每次他 都预计对了。凡是拿两个箱子的人都只能得到100个金币,所以我只拿箱子B,就可以 得到10000个金币。

一个女孩子决定拿两个箱子,她的理由是,欧米加已经做完了他的预言,并且已 经离开了,箱子不会再变了。如果是空的,它还是空的,如果它是有金币的,它就仍 然有。所以:如果B中有金币,她只拿B,可得到10000个金币;两个都拿,可得10100 个金币。如果B箱空着,她只拿B,就什么也得不到;两个都拿,就至少可得100个金币 .因此,在每种情况下,她拿两个箱子都比拿一个箱子多得100个金币。

两种看法当然不可能都对。哪一种错了?为什么?这个由美国物理学家W·纽科 姆提出的悖论,至今还没有解决。

难拿的箱子

34.以”规“”矩“度天下之方圆

在山东省嘉祥县一座古代建筑的石室造像中,有两位古代神话中我们远古祖先的 形象,一位叫伏羲,一位叫女娲。伏羲手中的物体就是规,它呈两脚状,与现在的圆 规相似;女娲手中的物体叫做矩,它呈直角拐尺形。

原来,规就是画圆用的圆规,矩就是折成直角的曲尺。矩由长短两把尺合成,短 尺叫勾,长尺叫股,可以用来画直线或者作直角。

我国古代有位叫商高的数学家,曾详细介绍了用矩的方法。他说:

”把矩平放在地上,可以定出绳子的垂直;把矩竖立起来,可以测量物体的高度 ;把矩倒立过来,可以测量物体的深度;把矩平卧在地上,可以测量两地之间的距离 .矩旋转一周,就形成了一个圆形,两个矩合拢起来,就形成了一个方形。“墨子说 过:”造车的工匠“执其规矩,以度天下之方圆”;孟子说过:即使是离娄那样眼光 锐利的人,即使是鲁班那样心灵手巧的工匠,“不以规矩,不能成方圆”.

35.丢番图的墓志铭

被称为代数学之父的古希腊数学家丢番图的墓碑上刻着一首诗,既代表了他的生 平,又是对他的最好纪念。

墓中

长眠着一个伟大的人物

--丢番图!

他一生的六分之一时光,

是童年时代;

又度过了十二分之一岁月后,

他满脸长出了胡须;

再过了七分之一年月时,

举行了花烛盛典;

婚后五年,

得一贵子。

可是不幸的孩子,

他仅仅活了父亲的半生时光,

就离开了人间。

从此,作为父亲的丢番图,

在悲伤中度过四年后,

结束了自己的一生。

假设这位数学家的寿命为x岁,则:

x=16x+112x+17x+5+12x+4

得x=84,因此,丢番图是33岁结婚,38岁得子,儿子寿命为42岁,在丢番图80岁 时去世,他自己终年84岁。

36.日神显灵难倒柏拉图

传说在公元前4世纪,古希腊的雅典流行一种病疫,为了消除灾难,雅典人向日 神求助。日神说:“如果要使病疫不流行,除非把我殿前的立方体香案的体积扩大一 倍。”这个条件使雅典人很高兴,他们认为这是容易做到的,于是把旧香案的各棱放 大一倍,做了一个新的立方体香案。然而疫势反而更加猖獗。当雅典人再去祈祷日神 时,他们才知道新香案的体积并不是旧香案的两倍。这就难住了当时的人们,连最有 名的学者柏拉图也感到无能为力。

这就是几何作图中著名的倍立方体问题。用数学语言来表达,就是:“已知一立 方体,求作另一立方体,使它的体积等于已知立方体的两倍。”这一问题与三等分角 问题、化圆为方问题,构成了初等几何作图中的三大作图不能问题。

这个问题之所以不能解决,是因为当时的条件下作图时只能使用圆规和无刻度的 直尺。直尺只能用来“过两点作直线或延长线段”.圆规只能作圆或画弧。而且任何 作图题中只能有限次地使用直尺和圆规,这一规定一直延续至今,利用直尺、圆规可 以作三种基本图形:画线、作圆、求交点。凡是能由这三种基本技术经过有限次复合 而成的图形才算是用直尺和圆规作图,否则就是作图不能问题。倍立方体问题就是如 此。

37.拿破仑向法国数学家挑战

尺规作图特有的魅力,使无数的人沉湎其中,乐而忘返。连拿破仑这样一位威震 欧洲的风云人物,在转战南北的余暇,也常常沉醉于尺规作图的乐趣中。有一次,他 还编了一道尺规作图题,向全法国数学家挑战呢。

拿破仑出的题目是:“只准许使用圆规,将一个已知圆心的圆周4等分。”

由于圆心O是已知的,求出这个题目的答案并不难。

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