本書是“單墫解題研究叢書”的第三本,主要內(nèi)容是100多道經(jīng)典競賽題及其解題過程。本書稿有兩大特色:一是每道精選題都具有極高的參考價(jià)值,不僅能提高解題能力,還能培養(yǎng)數(shù)學(xué)思維和邏輯能力;二是在解題過程中體現(xiàn)了單墫教授的解題思想和藝術(shù),有助于教師的成長與解題教學(xué)的開展。
數(shù)學(xué)題多,太多了!準(zhǔn)備高考的同學(xué)都做了大量的題。題多,很多人稱之為“題海”。數(shù)學(xué)競賽的題更多了。高考題的內(nèi)容限定了課本,題型也都是常見的,而競賽則不斷推陳出新,變化無窮。競賽題多,比大海還要浩瀚,可以稱之為“題洋”。但我們不必“望洋興嘆”。因?yàn)楸緛砭蜎]有必要做完所有的題,喝干“洋”水!叭跛В蝗∫黄啊。從大洋中舀一瓢水,細(xì)細(xì)品味,就可以知道大洋的成分。同樣地,從眾多的競賽題中選出一部分,仔細(xì)分析,就可以基本了解競賽題的全貌。為此,我們選擇了一百多道競賽題。認(rèn)真地做好這一百多道題,可以提高解題的能力,在題洋中自由自在地游來游去。這就好像《唐詩三百首》,好像《古文觀止》,從眾多的唐詩、古文中選出一部分有代表性的作品,熟讀之后,對(duì)古代的詩、文就有所了解,甚至“不會(huì)做詩也會(huì)吟”。選擇的標(biāo)準(zhǔn)是:1.有代表性的題,解這種題的思想方法值得學(xué)習(xí)。2.有一定難度的好題,有討論的價(jià)值與必要。3.我自己做過的題(但我以前的書中寫過的。注意少收,以免重復(fù))。這本書不是一本習(xí)題集,它的目標(biāo)不是給出一百多道題的解答、而是想說一說如何去尋找問題的解答。元遺山說:“鴛鴦繡了從教看,莫把金針度與人”。其實(shí)“鴛鴦繡了從教看”就已經(jīng)是“欲把金針度與人”。一個(gè)自己動(dòng)手去繡的人,一個(gè)細(xì)心而又有悟性的人,往往能從繡好的鴛鴦看出針法與訣竅。我們的目的當(dāng)然是“金針度人”,所以不僅有較為詳細(xì)的解答(“繡好的鴛鴦”),而且也談一些自己解題的經(jīng)驗(yàn)、體會(huì)與探索的過程。
當(dāng)然!探索的過程是很難寫的。因?yàn)樗悸吠请y以說清的,何況“一個(gè)人不能兩次進(jìn)入同一條河”。在寫解題思路時(shí),那思路可能已經(jīng)不是原始的狀態(tài),“欲辯已忘言”。有時(shí),真實(shí)的探索過程又十分的漫長,完全寫出來也有點(diǎn)乏味。所以,我們只能盡可能真實(shí)而又盡可能簡潔地復(fù)原一些思考過程,并嘗試用各種不同的方法來描述。例如,增加分析的分量,夾敘夾議,比較多種解法,適時(shí)總結(jié),略作評(píng)注等。有時(shí),還請(qǐng)來兩個(gè)學(xué)生甲、乙一同討論。事實(shí)上,《我怎樣解題》的“我”并不只是作者一個(gè)人,而是包括了與作者一同討論的眾多朋友,特別是廣大的學(xué)生群體。這些學(xué)生或看過我寫的書,或聽過我的講課,而在與他們的討論中,我也學(xué)到了許多好的解法,獲益良多。所以,書名中的“我”,其實(shí)是“我們”。寫成“我”只是為了少印一個(gè)字,符合“簡單”的原則。
我解過很多的題,但并無什么“絕招”。有位學(xué)生給我寫了一封信,講到解題的事。摘錄如下:
“最近,我在***老師那邊上了十天課。他強(qiáng)調(diào)解題時(shí)要運(yùn)用原則,運(yùn)用對(duì)稱性分析、結(jié)構(gòu)分析、圖象化、圖表化等方法。聽他講課時(shí)總覺得他的解法是一種必然。但自己實(shí)際做題時(shí),往往覺得原則無處可用,只能像以前一樣瞎做。在這點(diǎn)上,我覺得你和***老師很不一樣,你解題時(shí)十分重視感覺,很少談一些原則。你總認(rèn)為解題沒有萬能的方法,最好的方法就是探索。我想知道,解題到底是靠什么?”
解題到底靠什么?我靠的也就是平常的、普通人的常識(shí),即:1.必須自己動(dòng)手解題,才能提高解題能力。2.要做一些有質(zhì)量的題,一百道左右(本書每一節(jié)的問題,大多寫在開始部分,目的就是讓讀者先自己動(dòng)手去試)。3.仔細(xì)審題。搞清題意并不容易。有時(shí)做完題回顧時(shí)才弄清楚,有時(shí)做完了題還不一定清楚題意。4.從簡單的做起。盡量找些簡單具體直觀的實(shí)例,由這些實(shí)例入手注意總結(jié)。要弄清關(guān)鍵所在。有哪幾個(gè)關(guān)鍵步驟?為什么這樣做?要做一題有一題的體會(huì),徹底弄清楚,弄透徹,不僅知其然而且知其所以然。要像大哲學(xué)家康德所說:“通過經(jīng)驗(yàn)使理解力發(fā)展到直覺的判斷力,再發(fā)展到思想觀念”,“學(xué)會(huì)思考”。
雖然努力想寫好這本書,但是自身才力所限,疵病一定不少,敬請(qǐng)大家批評(píng)指正。
我國著名數(shù)學(xué)傳播、普及和數(shù)學(xué)競賽的專家。1964年畢業(yè)于揚(yáng)州師范學(xué)院數(shù)學(xué)系,在中學(xué)、大學(xué)任教四十多年。1983年獲理科博士學(xué)位(我國首批18名博士之一),1991年當(dāng)選全國"優(yōu)秀教師",1991年7月起享受政府特殊津貼,1992年評(píng)為國家有突出貢獻(xiàn)的中青年專家。1995年評(píng)為省"優(yōu)秀學(xué)科帶頭人",為我國數(shù)學(xué)競賽事業(yè)做出很大貢獻(xiàn)。
1.取棋子2006堆棋子,各堆的棋子數(shù)依次為1,2,…,2006.每次從任意多堆中取走相同的粒數(shù),至少取多少次才能取光?
先從簡單的情況做起.
一堆棋子,1次取完.
二堆棋子,一堆1粒,一堆2粒,1次無法取完,2次可以取完.
三堆棋子,粒數(shù)為1,2,3.第一次在第二和第三堆中各取2粒,第二次取走剩下的2堆(每堆1粒),2次可以取完.
四堆棋子,粒數(shù)為1,2,3,4.第一次無論怎樣取,剩下的堆中,總有兩堆的棋子不同.從而還需兩次才能取完.另一方面,第一次在每堆中取1粒即化為上面的三堆的情況,所以至少取3次可以取完.
于是,得到下面的表:堆數(shù)1234
取完次數(shù)1223由這表可以猜到,如果堆數(shù)k滿足2n-1≤k<2n.(1)各堆粒數(shù)為1,2,…,k,那么取完的最少次數(shù)是n.
這可以用歸納法證明.
假定(1)對(duì)n成立,那么在堆數(shù)k滿足2n≤k<2n+1(2)時(shí),第一次可以在粒數(shù)≥2n的堆里取走2n粒.這樣,前2n-1堆不變,而第2n堆已經(jīng)取完,其余各堆粒數(shù)為1,2,…,k-2n(<2n).
根據(jù)歸納假設(shè),n次可以取完前2n-1堆.而每次在粒數(shù)為d的堆里取棋時(shí),也在后面的(即原來的第2n+1~第k堆)粒數(shù)為d的堆里取走同樣多的棋.這樣,在前2n-1堆取完時(shí),所有堆均被取完.所以n+1次可以取完所有的棋.
另一方面,設(shè)第一次取走d枚棋.如果d>2n-1,那么前2n-1堆不變.根據(jù)歸納假設(shè),至少還要n次才能取完.如果d≤2n-1,那么原來粒數(shù)為d+1,d+2,…,d+2n-1≤2n的堆變成粒數(shù)為1,2,…,2n-1的堆,取完它們至少還要n次.因此,至少需要n+1次才能取完.
現(xiàn)在210<2006<2n,所以至少11次才能取完.
2.老虎與驢子平面上給出2005個(gè)點(diǎn),其中任何三點(diǎn)都不共線.每兩點(diǎn)均用線連接.老虎與驢子進(jìn)行游戲:驢子給每條線段標(biāo)上一個(gè)數(shù)字(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9),接著老虎給每個(gè)點(diǎn)標(biāo)上一個(gè)數(shù)字.如果有一條線段與它的兩端都是相同的數(shù)字,那么驢子獲勝.請(qǐng)證明:在正確方法下,驢子必勝.
這是第68屆(2005年)莫斯科數(shù)學(xué)競賽試題.
過去驢子與老虎比體力,結(jié)果“黔驢技窮”,被老虎吃了.新一代的驢子與老虎斗智,驢子卻有必勝的方法.
數(shù)字,不過是一個(gè)符號(hào).10個(gè)數(shù)字是10個(gè)符號(hào).我們可以減少符號(hào)的個(gè)數(shù),從最簡單的情況開始.
如果驢、虎都只用1個(gè)符號(hào)0,那么只要有2個(gè)點(diǎn),驢就一定獲勝.
如果用2個(gè)符號(hào)0與1,那么點(diǎn)數(shù)≤3時(shí),驢無法必勝.但點(diǎn)數(shù)≥4時(shí),驢就可以必勝.方法是將4個(gè)點(diǎn)分成兩組,第一組A1,A2的連線標(biāo)1,第二組B1,B2的連線也標(biāo)1,而不同組之間的連線AiBj(1≤i,j≤2)都標(biāo)0.老虎不能將A1,A2都標(biāo)1,也不能將B1,B2都標(biāo)1.但只要A1,A2中有一個(gè)標(biāo)0,且B1,B2中也有1個(gè)標(biāo)0,那么老虎仍然失敗.所以老虎必定失敗,更多個(gè)點(diǎn)當(dāng)然更是老虎失。
假定對(duì)于2n-1個(gè)點(diǎn),用n-1個(gè)符號(hào),驢子可以必勝.我們考慮2n個(gè)點(diǎn)的情況.
驢可以將點(diǎn)分為2n-1組,每組兩個(gè)點(diǎn)用第n種符號(hào)n相連.然后,將每一組作為一個(gè)點(diǎn)(第一組的A1,A2作為一個(gè)點(diǎn)A;第二組的B1,B2作為一個(gè)`點(diǎn)B;…).這2n-1個(gè)點(diǎn),根據(jù)歸納假設(shè),標(biāo)n-1個(gè)符號(hào)1,2,…,n-1,驢子有必勝的標(biāo)法.按照這種標(biāo)法標(biāo)AB等線段.而AB標(biāo)上某個(gè)符號(hào)k(≤n-1)也就是4條線段AiBj(1≤i,j≤2)都標(biāo)上k.
這樣標(biāo)好符號(hào)后,驢子就穩(wěn)操勝券了.
因?yàn)樵谏鲜龅拿恳唤M中,必有一個(gè)點(diǎn),老虎標(biāo)的符號(hào)不是n(否則老虎失敗).這樣,就有2n-1個(gè)點(diǎn),每兩點(diǎn)不在同一組中,標(biāo)的號(hào)都小于n.但對(duì)這2n-1個(gè)點(diǎn),僅標(biāo)n-1種符號(hào),驢子的標(biāo)法已經(jīng)保證驢子必勝.
因此,對(duì)任意自然數(shù)n,在點(diǎn)數(shù)≥2n時(shí),標(biāo)n種符號(hào),驢子必勝.
現(xiàn)在2005>210,所以驢子必勝.
驢子竟然這樣聰明,完全可以擔(dān)任某些部門的領(lǐng)導(dǎo)了!
……