先看這樣一則打水問題:甲、乙、丙3個(gè)小朋友同時(shí)到同一個(gè)自來水龍頭前排隊(duì)打水,甲打滿一桶水的時(shí)間是3分鐘,乙打滿一桶水要2分鐘,丙打滿一桶水要1分鐘,若要使他們在這個(gè)自來水龍頭前等待時(shí)間最少,該怎樣安排三人的打水順序?
[分析]因?yàn)槊總€(gè)人打水的時(shí)間不一樣,所以打水次序的不同就決定了等待時(shí)間的多少,既然如此,那我們不妨就從常規(guī)思路入手,列出三人所有可能的打水次序,同時(shí)求出三個(gè)人合計(jì)等待時(shí)間,從而直觀判斷哪一種情況符合題意要求:
由上表可知:如果要使等待的總時(shí)間最少,可以采用第六種順序來打水,對這種情況稍加分析,就能發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律——“先少后多”,也就是:要符合題意要求,就應(yīng)該讓打滿一桶水所需時(shí)間較少的人先打水,依此類推,就可解決問題.即“丙→乙→甲”是最佳方案.
弄清了這個(gè)問題的解答訣竅,大家就不難解決下面這則打水問題:甲、乙、丙三人各拿1、2、3個(gè)相同容量的水壺去打水,水龍頭只有一個(gè),如何安排打水順序,可使他們?nèi)嘶ㄙM(fèi)總時(shí)間(包括等待的時(shí)間)最少?
[分析]設(shè)打一壺水需用t分鐘,則甲、乙、丙三人的打水時(shí)間分別為t、2t、3t分鐘.可以看出,甲、乙、丙三人的打水時(shí)間是固定不變的,要使三人花費(fèi)的總時(shí)間最少,只能在等待的時(shí)間上動(dòng)腦筋.
顯然,安排丙先打水是不足取的,因?yàn)楸拇蛩畷r(shí)間為3t分鐘,是三人打水時(shí)間中最長的,則甲與乙的等待時(shí)間也是最長的.反之,安排甲先打水為最佳.此時(shí)甲打水用t分鐘,乙、丙等待分別也是t分鐘;接下來安排乙打水,用2t分鐘,丙等待2t分鐘;最后丙打水3t分鐘,故三人花費(fèi)總時(shí)間為10t分鐘.這種“先易后難”的規(guī)律與上題總結(jié)出的“先少后多”的規(guī)律完全相同.
值得說明的是,這則打水問題是我國當(dāng)代數(shù)學(xué)家張廣厚為解釋“排序不等式”問題的結(jié)論而提出的.“排序不等式”問題的具體內(nèi)容是:若有排序a1≤a2≤…≤an,b1≤b2≤…≤bn,那么在這兩組數(shù)之間,所有可能的乘積之和,以a1b1+a2b2+a3b3+…+anbn為最大,而以a1bn+a2bn-1+…+an-1b2+anb1為最小.這個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)論較為抽象,為了方便大家的理解和接受,張廣厚開動(dòng)腦筋把它變成上面這個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中的具體問題.從這個(gè)問題的解答可以看出,事實(shí)上的排序我們有注水時(shí)間t<2t<3t,它與3>2>1是反序的,因此花費(fèi)的總時(shí)間3×t+2×2t+1×3t=10t就是最少的,這個(gè)最經(jīng)濟(jì)的安排恰好是對這個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)論的描述.
怎么樣?數(shù)學(xué)家的思維是不是與常人不一樣?張廣厚把抽象的數(shù)學(xué)問題與現(xiàn)實(shí)生活中的具體問題進(jìn)行對照,使問題變得形象生動(dòng),易于理解.
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