根據(jù)問題的條件確定解決問題的大致范圍,然后通過不斷改進(jìn)方法或者排除不可能的情形,逐步縮小問題的解的存在范圍,從而最終獲得問題的結(jié)果。這種思想稱之為逐步逼近思想。本文主要談?wù)勚鸩奖平枷朐谛W(xué)數(shù)學(xué)解題教學(xué)中的具體應(yīng)用。
一、枚舉篩選與逐步逼近
一個(gè)問題如果有許多條件需要滿足,那么,我們就必須一個(gè)條件、一個(gè)條件地去逐一滿足。于是,我們總是先選擇一個(gè)要求最低(滿足要求的事物比較容易尋找)的條件,按照某種順序(如從小到大)既不重復(fù)又不遺漏地逐一列出那些滿足這一條件的所有事物。然后,再看這些事物是否滿足第二個(gè)條件,不滿足的排除,滿足的留下。如此進(jìn)行,直到滿足所有條件為止,這時(shí)留下來的事物就是我們要尋求的。我們把最先不重不漏為滿足某一條件而進(jìn)行的列舉事物的方法,稱之為枚舉;把不斷地排除、留下的過程稱之為篩選。通過不斷地篩選,來獲得問題的解,顯然,這就是逐步逼近思想。
例1 有這樣的兩位數(shù),將它分別乘以2、3、4、5、6、7、8、9后,所得結(jié)果的數(shù)字和都相等,那么它們是____。
【思考】先從乘數(shù)是9的情況考慮,一個(gè)兩位數(shù)乘以9所得結(jié)果的數(shù)字和不變,也就是說,這個(gè)兩位數(shù)的數(shù)字和等于它與9的積的數(shù)字和,而一個(gè)數(shù)與9的積的數(shù)字和必是9的倍數(shù),所以這個(gè)兩位數(shù)的數(shù)字和也是9的倍數(shù)。
于是,這個(gè)兩位數(shù)可能是:18、27、36、45、54、63、72、81、90、99。
用2分別去乘這幾個(gè)數(shù),積的數(shù)字和與這個(gè)兩位數(shù)的數(shù)字和完全相同;
用3分別去乘這幾個(gè)數(shù),積的數(shù)字和與這個(gè)兩位數(shù)的數(shù)字和不同的是63,去掉它;用4分別去乘除去63后剩下的幾個(gè)數(shù),積的數(shù)字和與這個(gè)兩位數(shù)的數(shù)字和不同的是72,去掉它;還剩18、27、36、45、54、81、90、99。
用5分別去乘這幾個(gè)數(shù),積的數(shù)字和與這個(gè)兩位數(shù)的數(shù)字和完全相同;
用6分別去乘這幾個(gè)數(shù),可排除81,還剩18、27、36、45、54、90、99;
用7分別去乘這幾個(gè)數(shù),可排除27、54,還剩18、36、45、90、99;
用8分別去乘這幾個(gè)數(shù),可排除36,還剩18、45、90、99。
于是,滿足所有條件的兩位數(shù)是:18、45、90、99。
枚舉是為篩選作準(zhǔn)備的,只有經(jīng)過篩選的逐步淘汰,才能得到我們需要的結(jié)果。篩選的關(guān)鍵是枚舉確定的范圍,為了更快地尋求到結(jié)果,應(yīng)該盡可能地縮小枚舉范圍。
例2 下圖是一個(gè)小數(shù)的除法豎式,算式中注明的兩個(gè)字母的要求為A
【思考】顯然,C=D=E=F=S=0,J=5。
顯然,X、I必有一個(gè)不小于8,不妨從X=9開始,這時(shí)I≥7。
若I=7,則因?yàn)锳
又由75×8=600可知A=1,K=8,G=H=6。
于是681÷75=9.08。
這個(gè)豎式的除數(shù)與商的和是75+9.08=84.08。
顯然,小學(xué)數(shù)學(xué)中常見的數(shù)字謎問題,其解法就是典型的枚舉篩選。
二、估算篩選與逐步逼近
估算法是一種粗略的計(jì)算方法,也是一種快速的近似計(jì)算方法,它是通過對(duì)題目所給條件或信息作適當(dāng)變形與整理后,對(duì)結(jié)果確定出一個(gè)范圍或作出一個(gè)估計(jì)的方法。顯然,通過估算縮小問題解決的范圍,然后利用篩選最后獲得結(jié)果。這種先估算再篩選的思想就是逐步逼近思想。
估算篩選是小學(xué)數(shù)學(xué)中一種常見的方法。下面的例子將讓我們感受到估算篩選這種逐步逼近思想在解題教學(xué)中的應(yīng)用。
例3 有人見小諸葛一臉稚氣,聰穎過人,不禁引發(fā)了好奇心:“請(qǐng)問孩兒今年貴庚幾何?”小諸葛饒有趣味地回答:“鄙人今年歲數(shù)的立方是個(gè)四位數(shù),歲數(shù)的4次方是個(gè)六位數(shù),如果把兩者合起來看,正好把0、1、2、3、4、5、6、7、8、9共10個(gè)數(shù)字統(tǒng)統(tǒng)用上去了,不重不漏。”那么小諸葛今年到底幾歲?
【思考】從簡(jiǎn)單情況出發(fā)探索,由20 =8000 21 =9261 22 =10648知,小諸葛的年齡最大是21歲。
因?yàn)椋?5 =225×225是五位數(shù),17 =289×289也是五位數(shù)。所以,小諸葛的年齡最小是18歲。
18 =324×324必是六位數(shù),于是,直接計(jì)算18 =5832,18 =104976正好滿足條件。故小諸葛今年18歲。
多位數(shù)乘法,積的位數(shù)的估計(jì),是解決問題的關(guān)鍵。巧妙地利用估算,優(yōu)化算法,能取得事半功倍的效果。
上述問題解答的過程,不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,也達(dá)到了思維訓(xùn)練的目的。
例4 某住宅區(qū)共有十二家住戶,他們的門牌號(hào)碼分別是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12。他們的電話號(hào)碼依次是十二個(gè)連續(xù)的六位自然數(shù),并且每家的電話號(hào)碼都能被這家的門牌號(hào)整除。已知這些電話號(hào)碼的首位數(shù)字都小于6,并且門牌號(hào)是9的這一家的電話號(hào)碼還能被13整除,問這一家的電話號(hào)碼是____。
【思考】先求[1,2,…,11,12,]=27720,各家的電話號(hào)碼可能是27720+1,27720+2,…,27720+12。
又27720÷13=2132…4,所以27720+9=27729能被13整除。
因?yàn)?7729不是六位數(shù),把它擴(kuò)大十三倍(因?yàn)閿U(kuò)大后還須被13整除),得27729×13=360477。
但這時(shí)不能保證其他住戶的電話號(hào)碼能被各自的門牌號(hào)整除,例如360478就不能被10整除。
為解決這個(gè)問題,先將27720擴(kuò)大十三倍得360360,再分別加上27720+1,27720+2,…,27720+12就得到滿足條件的所有電話號(hào)碼,其中360360+27720+9=388089即所求。
上述問題的解決,正是應(yīng)用逐步逼近思想,使問題逐步解決。
三、目標(biāo)分析與逐步逼近
目標(biāo)分析指根據(jù)控制論的“反饋—控制”原理,首先按照問題的要求建立一個(gè)解題目標(biāo),然后比較初始條件、中間狀態(tài)與解題目標(biāo)之間的差異,確定和調(diào)整解題方向,使差異逐步縮小,最終達(dá)到解題目標(biāo),實(shí)現(xiàn)解題。這種目標(biāo)分析思想也是逐步逼近思想。
目標(biāo)分析的要點(diǎn)是:一建立適當(dāng)?shù)慕忸}目標(biāo);二比較問題的現(xiàn)時(shí)狀態(tài)與解題目標(biāo)之間的差異;三按照解題目標(biāo)的方向逐步縮小差異。
例5 在503后面添三個(gè)數(shù)字,使所得的六位數(shù)能被7、9、11整除。
【思考】從整體上考慮,該六位數(shù)既然能被7、9、11整除,也應(yīng)該被7、9、11的最小公倍數(shù)693整除,反過來,如果這個(gè)六位數(shù)能被693整除,那么它一定能被7、9、11整除。因此,建立解題目標(biāo):
503□□□÷693=A (1)
其中A表示一個(gè)整數(shù)的商,設(shè)法在503的后面添入適當(dāng)?shù)臄?shù)字使(1)成立。不妨設(shè)添入的三個(gè)數(shù)是999(最大的三個(gè)數(shù)字),就得:
503999÷693=727…188 (2)
(2)與(1)比較發(fā)現(xiàn)多了余數(shù)188,只要在999中減去188得811。
503811÷693=727 (3)
(3)與解題目標(biāo)(1)相一致了,503811是題目的一個(gè)解811,由于811大于693,還可以從811中再減去693,得到118,又得到另一個(gè)解503118。
此題如果用常規(guī)方法,從整數(shù)的整除性特征入手去考慮,所得的六位數(shù)如何才能被7、9、11整除,解答起來就比較困難。
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