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在现实生活中,“退”是一种美德,也是一种策略。在解决数学问题上,“退”是一种思维方法,也是一种解题技巧。
先看一个强盗分金的例子:
五个强盗抢到了一百个金币,但又不愿意平分,最后五个人同意先抓阄决定顺序:抓到1的是1号,抓到2的是2号,依次类推。然后由1号强盗提出分配方案,他的方案必须有所有人(包括他自己)的半数以上通过才可执行,否则他将被丢进海中喂鲨鱼,再由2号强盗提出分配方案;2号的方案也要所有剩下的人(包括他自己)的半数以上通过,否则他也将被丢进海中喂鲨鱼,依次类推。假设这五个强盗都非常理智且绝顶聪明而又一诺千金,请问,1号强盗要怎样分配才能使自己得到的金币最多?为什么?”
这是一道非常有趣的智力问题,直觉上一号很不幸,不但一无所得,还有性命之忧。但是答案会让你大吃一惊,在这里,退位思考起到了非常关键的作用。
退为最简单的情况,如果1-3号强盗都喂了鲨鱼,只剩4号和5号的话,5号一定投反对票让4号喂鲨鱼,以独吞全部金币,所以,4号惟有支持3号才能保命。3号会提(100,0,0)的分配方案,因为他知道4号一无所获但还是会投赞成票,再加上自己一票,他的方案即可通过。不过,2号推知到3号的方案,就会提出(98,0,1,1)的方案,即放弃3号,而给予4号和5号各一枚金币。由于该方案对于4号和5号来说比在3号分配时更为有利,他们将支持他而不希望他出局而由3号来分配。这样,2号将拿走98枚金币。不过,2号的方案会被1号所洞悉,1号并将提出(97,0,1,2,0)或(97,0,1,0,2)的方案,即放弃2号,而给3号一枚金币,同时给4号(或5号)2枚金币。由于1号的这一方案对于3号和4号(或5号)来说相比2号分配时更优,他们将投1号的赞成票,再加上1号自己的票,1号的方案可获通过,97枚金币可落入囊中。
在解决数学问题上,如何运用退位思考呢?
一、退为简单的情形,从简单问题出发,寻找解题方法
例1.4个平面最多可以把空间分成几部分?
分析:这道题靠空间想象去得出答案是非常困难的,不妨从简单情况出发,寻找规律。一个平面把空间分成2部分,2个平面最多把空间分成4部分,此时,第二个平面和第一个平面相交,有一条交线,此交线把第二个平面分成2部分,每一部分都把其所在空间一分为二,因此,在原来的基础上多了2部分。3个平面最多把空间分成8部分,此时,第三个平面和前两个平面都相交,有两条交线,两条线最多把第三个平面分成4部分,每一部分都把其所在空间一分为二,因此,在原来的基础上多了4部分。同理,要使4个平面把空间分成最多部份,第四个平面应和前三个平面都相交,有三条交线,三条线最多把第四个平面分成7部分,每一部分都把其所在空间一分为二,因此,在原来的基础上多了7部分。因此,4个平面最多可以把空间分成15部分。
二、退为特殊情况
几乎每个学生都知道一般情况成立的命题特殊情况一定成立,但是,学生在解题过程中却往往不能很好地利用这一点。
例2.(05年,全国卷15题)△ABC的外接圆的圆心为O,两条边上的高的交点为H,OH=m(OA+OB+OC),则实数m=______。
分析:这道题用常规方法去解决有一定难度。但由题意可知,对任意△ABC,都应有OH=m(OA+OB+OC)成立,且m是一个确定的实数,因此,可用特殊三角形来求m。不能用等边三角形,因为此时OH=0,OA+OB+OC=0,不能求m。令△ABC为直角三角形,AB为斜边,则直角顶点C为两条边上的高的交点H,AB中点为外接圆的圆心O,因此,有OA+OB+OC=OC=OH,所以,m=1。
例3.(06湖南卷15题)如图,OM∥AB,点p在由射线OM、线段OB及AB的延长线围成的区域内(不含边界)运动, 且OP=xOA+yOB,则x的取值范围是______; 当x=- 时,y的取值范围是______。
分析:这道题用常规方法去解决思路不是很清晰,但可特殊化处理,令OA、OB为单位正交基底,则点P的坐标为(x,y),易得x的取值范围是(-∞,0);当x=- 时,y的取值范围是( , )。
三、退为问题的反面
当正面去解决问题思路不清晰或比较困难时,可从问题的反面入手,寻找突破口。
例4.已知a、b、c∈R,且a+b+c>0,ab+bc+ca>0,abc>0。求证:a>0,b>0,c>0。
分析:这道题正面去证思路不清晰,可从反面入手。由abc>0可知a≠0。假设a<0,则bc<0,b+c>-a>0,于是ab+bc+ca=a(b+c)+bc<0。这与已知条件ab+bc+ca>0矛盾,故a>0。同理,b>0,c>0。
例5.(93全国理17)同室四人各写一张贺年卡,先集中起来,然后每人从中拿一张别人送出的贺年卡,则四张贺年卡不同的分配方式有( )。
A.种 B.9种 C.11种 D.23种
分析:这是4个元素的错位排列问题,正面思考有一定困难,且容易算错。但可从反面考虑,即先不考虑错位,共有A44=24种分配方式,除去不是错位的分配方式有C41×2+C42+1=15种分配方式,因此不同的分配方式有24-15=9种。
先看一个强盗分金的例子:
五个强盗抢到了一百个金币,但又不愿意平分,最后五个人同意先抓阄决定顺序:抓到1的是1号,抓到2的是2号,依次类推。然后由1号强盗提出分配方案,他的方案必须有所有人(包括他自己)的半数以上通过才可执行,否则他将被丢进海中喂鲨鱼,再由2号强盗提出分配方案;2号的方案也要所有剩下的人(包括他自己)的半数以上通过,否则他也将被丢进海中喂鲨鱼,依次类推。假设这五个强盗都非常理智且绝顶聪明而又一诺千金,请问,1号强盗要怎样分配才能使自己得到的金币最多?为什么?”
这是一道非常有趣的智力问题,直觉上一号很不幸,不但一无所得,还有性命之忧。但是答案会让你大吃一惊,在这里,退位思考起到了非常关键的作用。
退为最简单的情况,如果1-3号强盗都喂了鲨鱼,只剩4号和5号的话,5号一定投反对票让4号喂鲨鱼,以独吞全部金币,所以,4号惟有支持3号才能保命。3号会提(100,0,0)的分配方案,因为他知道4号一无所获但还是会投赞成票,再加上自己一票,他的方案即可通过。不过,2号推知到3号的方案,就会提出(98,0,1,1)的方案,即放弃3号,而给予4号和5号各一枚金币。由于该方案对于4号和5号来说比在3号分配时更为有利,他们将支持他而不希望他出局而由3号来分配。这样,2号将拿走98枚金币。不过,2号的方案会被1号所洞悉,1号并将提出(97,0,1,2,0)或(97,0,1,0,2)的方案,即放弃2号,而给3号一枚金币,同时给4号(或5号)2枚金币。由于1号的这一方案对于3号和4号(或5号)来说相比2号分配时更优,他们将投1号的赞成票,再加上1号自己的票,1号的方案可获通过,97枚金币可落入囊中。
在解决数学问题上,如何运用退位思考呢?
一、退为简单的情形,从简单问题出发,寻找解题方法
例1.4个平面最多可以把空间分成几部分?
分析:这道题靠空间想象去得出答案是非常困难的,不妨从简单情况出发,寻找规律。一个平面把空间分成2部分,2个平面最多把空间分成4部分,此时,第二个平面和第一个平面相交,有一条交线,此交线把第二个平面分成2部分,每一部分都把其所在空间一分为二,因此,在原来的基础上多了2部分。3个平面最多把空间分成8部分,此时,第三个平面和前两个平面都相交,有两条交线,两条线最多把第三个平面分成4部分,每一部分都把其所在空间一分为二,因此,在原来的基础上多了4部分。同理,要使4个平面把空间分成最多部份,第四个平面应和前三个平面都相交,有三条交线,三条线最多把第四个平面分成7部分,每一部分都把其所在空间一分为二,因此,在原来的基础上多了7部分。因此,4个平面最多可以把空间分成15部分。
二、退为特殊情况
几乎每个学生都知道一般情况成立的命题特殊情况一定成立,但是,学生在解题过程中却往往不能很好地利用这一点。
例2.(05年,全国卷15题)△ABC的外接圆的圆心为O,两条边上的高的交点为H,OH=m(OA+OB+OC),则实数m=______。
分析:这道题用常规方法去解决有一定难度。但由题意可知,对任意△ABC,都应有OH=m(OA+OB+OC)成立,且m是一个确定的实数,因此,可用特殊三角形来求m。不能用等边三角形,因为此时OH=0,OA+OB+OC=0,不能求m。令△ABC为直角三角形,AB为斜边,则直角顶点C为两条边上的高的交点H,AB中点为外接圆的圆心O,因此,有OA+OB+OC=OC=OH,所以,m=1。
例3.(06湖南卷15题)如图,OM∥AB,点p在由射线OM、线段OB及AB的延长线围成的区域内(不含边界)运动, 且OP=xOA+yOB,则x的取值范围是______; 当x=- 时,y的取值范围是______。
分析:这道题用常规方法去解决思路不是很清晰,但可特殊化处理,令OA、OB为单位正交基底,则点P的坐标为(x,y),易得x的取值范围是(-∞,0);当x=- 时,y的取值范围是( , )。
三、退为问题的反面
当正面去解决问题思路不清晰或比较困难时,可从问题的反面入手,寻找突破口。
例4.已知a、b、c∈R,且a+b+c>0,ab+bc+ca>0,abc>0。求证:a>0,b>0,c>0。
分析:这道题正面去证思路不清晰,可从反面入手。由abc>0可知a≠0。假设a<0,则bc<0,b+c>-a>0,于是ab+bc+ca=a(b+c)+bc<0。这与已知条件ab+bc+ca>0矛盾,故a>0。同理,b>0,c>0。
例5.(93全国理17)同室四人各写一张贺年卡,先集中起来,然后每人从中拿一张别人送出的贺年卡,则四张贺年卡不同的分配方式有( )。
A.种 B.9种 C.11种 D.23种
分析:这是4个元素的错位排列问题,正面思考有一定困难,且容易算错。但可从反面考虑,即先不考虑错位,共有A44=24种分配方式,除去不是错位的分配方式有C41×2+C42+1=15种分配方式,因此不同的分配方式有24-15=9种。