數(shù)學興趣小組組長小明宣布這次活動的主題是:“神秘數(shù)及其性質(zhì).”
小芳心直口快,搶先發(fā)問:“什么是神秘數(shù)?好迷人的名字.”
小明笑了笑說:“名字的確迷人.如果一個正整數(shù)能表示為兩個連續(xù)偶數(shù)的平方差,那么稱這個正整數(shù)為神秘數(shù).比如:4=22-02,12=42-22,20=62-42,因此,4,12,20這三個數(shù)都是神秘數(shù).”
小明話音剛落,性急的小婷便急忙說道:“我也找到了兩個神秘數(shù)28和36,請看,28=82-62,36=102-82.”
小明說:“請大家考慮這樣一個問題:2012是神秘數(shù)嗎?為什么?”
小勇說:“2012這個數(shù)字太大了,一時難以判斷.我國著名數(shù)學家華羅庚先生十分贊賞‘退’中求進的解題策略,我們不妨把問題‘退’到較為簡單的情況:小數(shù)字的神秘數(shù)4,12,20有什么規(guī)律,再根據(jù)這個規(guī)律來判斷2012是否為神秘數(shù).”
小琳點頭表示贊同:“哦,這個思路不錯!我發(fā)現(xiàn)神秘數(shù)4,12,20都是4的倍數(shù).”接著她在黑板上寫出:
4=4×1=22-02,12=4×3=42-22,20=4×5=62-42.
小剛也不甘示弱,他搶著說:“我也發(fā)現(xiàn)神秘數(shù)4,12,20是4的奇數(shù)倍,把它們寫成兩個連續(xù)偶數(shù)的平方差時,較大的偶數(shù)比奇數(shù)大1,而較小的偶數(shù)比相應(yīng)的奇數(shù)小1.”
一聲不響的小娜也搶著說:“小琳和小剛說得對極啦!12=4×3=42-22,的確可以把神秘數(shù)12看作奇數(shù)3的4倍,也可以把12看作是4的奇數(shù)倍(3倍).把12寫成兩個連續(xù)偶數(shù)的平方差時,較大的偶數(shù)4比相應(yīng)的奇數(shù)3大1,較小的偶數(shù)2比相應(yīng)的奇數(shù)3小1.”
小明說:“能否把這個規(guī)律一般化呢?”
小嚴說:“完全可以!我們可以借助完全平方公式來化簡.不妨設(shè)k為非負整數(shù),則2k和2k+2為兩個連續(xù)偶數(shù).”接著他在黑板上寫出:
(2k+2)2-(2k)2=4(2k+1).
他接著說:“等式的左邊是兩個連續(xù)偶數(shù)的平方差,是一個神秘數(shù),等式的右邊是4的奇數(shù)倍,也就是說,神秘數(shù)是4的倍數(shù),但不是8的倍數(shù),這就是神秘數(shù)的性質(zhì).”
性急的小婷也搶著說:“這個等式還為我們判別一個數(shù)是否為神秘數(shù)提供了方便.我們可以令4(2k+1)=2012,解得2k=502.則2k+2=504,代入等式,可得2012=5042-5022,所以2012是個神秘數(shù).”
看到問題完滿解答,組長小明高興地說:“我們不應(yīng)滿足于這些成果,請大家再考慮這樣一個問題:兩個連續(xù)奇數(shù)的平方差(取正數(shù))是神秘數(shù)嗎?為什么?”
小亮是本班的“數(shù)學通”,他胸有成竹地說:“我們已經(jīng)知道,神秘數(shù)可表示為4(2k+1),因為2k+1是奇數(shù),因此神秘數(shù)是4的倍數(shù),但一定不是8的倍數(shù);另一方面,設(shè)兩個連續(xù)奇數(shù)為2n+1和2n-1(n為正整數(shù)),則(2n+1)2-(2n-1)2 =8n,即兩個連續(xù)奇數(shù)的平方差是8的倍數(shù).因此,兩個連續(xù)奇數(shù)的平方差不是神秘數(shù).”
本文所涉及的問題,也是2006年浙江省的一道中考題.解這一類探索題的關(guān)鍵是從特殊情況里發(fā)現(xiàn)規(guī)律,用含有字母的代數(shù)式表示其中的規(guī)律,然后根據(jù)這個一般的規(guī)律解決具體的問題.這種方法請同學們務(wù)必掌握.