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黄沙百战穿金甲:浅谈穷举法

2019-09-05孙毅坚

新高考·高二数学 2019年2期
关键词:那契意志力数值

编者按:秉承“常态阅读,深度思考,精致表达,共同发展”的理念,为推动数学写作活动的深入开展,展现学生的学习成果,鼓励学生深入思考、探究创新、合理表达,“数学写作”学校联盟开展了第二届“数学写作”学校联盟中学生数学写作竞赛活动,并取得圆满成功。

这次数学写作活动得到了多所学校的支持,其中涌现出许多优秀的作品。这些作品有的是对所读的文章或图书的深度思考,有的是对课堂内容在现实生活中的拓展和应用,有的是自己做一道题或一类题的感悟,有的是在使用数学工具的过程中的大发现,有的是数学相声、数学诗歌……真是让人大开眼界,以下择取其中的一些文章与读者共享。

孙子在兵法中强调,战争的目的是为了胜利而非杀戮的快感,同样,数学的学习是为了更快更精准地解题,而非仅仅用来炫技,有时候,解决一道难题的最佳方案,也许反而是最纯粹的列举.希望这篇文章能引起各位的注意,毕竟数学能力的强弱更主要是在于分析和解决问题的能力,而非知识量的多少.

例 一列数:1,2,3,5,8,13,…请问第1993个数被6除余几?

这道看似是名校自主招生的题,实际上来自一本小学四年级的奥数讲义书.显然,所谓“一列数”即去掉首项1的斐波那契数列(斐波那契数列:1,1,2,3,5,8,…),对这样庞大的数字求解,其背后一定有规律存在,于是我随手便列举了7位:

随着数列的展开,具体数值将滚雪球般越来越大,这时依然靠它求被6除的余数显然不够理智,观察可以发现,最右边由被6除余数组成的新数列之间,也存在着类似斐波那契数列的性质,简单证明一下:

山重水复疑无路,柳暗花明又一村.如表3所示,乱序的数字在第24位出现了转机,即第24位不仅回到了第1位的数值1,其前一位为0,那么第25位为1、第26位为2、……分别对应第1、2……位.所以说,这个“一列数”呈现出以24为周期的循环.这时经简单运算,答案为1.

为了保险起见,我又在网上找到了原题与详解,答案正确并且穷举为目前我能查到的唯一方法,解析最后一句“本题旨在考验学生的意志力与科学精神”,仿佛是对我默默穷举,耐心求解的一种称赞.

我上传答案后,仍有人不死心,誓要熬夜思考其他方法……祝他成功.而整理草稿的我不禁想起一句话,可能与文题不太吻合:“有时我们走得太远,以至于忘了为何出发.”

解完了这道工程量颇为浩大的题,我总结归纳了一下,得到有关穷举法的几个要点:

①题干中出现几百几千这样极大的数据时,往往会有规律可循,可先通过穷举发现规律,再进行代数证明;

②在穷举过程中,尽量避免计算过于庞大的数据,而是在数值比较小的数据中找规律.这需要在解题过程中随时化繁为简;

③面对较难的,求具体数值、最值的相关问题时,穷举往往是最先与最后要考虑的方法,先小规律地列表,未果后考虑其他思路,若依旧毫无成效,则可放大穷举的范围,对填空题而言,这种相对客观的解题策略与方法既省时又高效;

④穷举并非单纯的全部列举,在适当的条件下结合两分法等,在对过程的分析中可以跳过一些无意义的列举,抓住性质缩小范围,寻找列举中的“转机”.

那么,让我们回到高中数学中来,尝试解答这道2018年高考江苏卷的填空压轴题:

得到答案为27,对于计算能力可观的学生来讲,穷举似乎比需要讨论的函数法更加迅猛,虽然不少行为更多是出于“下意识”,但在并不严谨的解题过程结束后可以再回头思考原理,万变不离其宗,就算没能直接算出结果,列举的过程中想必也能帮助考生更准确地把握函数表达式.

没有花哨的公式,思考加上5次基本运算,一道高考压轴题和小学生的思考题一样烟消云散.下一次遇到符号字母们解决不了的问题,不要太狂躁,不如先列几个数看看,回到原点,万一那就是终点呢?

老师点评:孙毅坚同学爱好学习,善于思考,而且有坚韧的毅力.对于穷举法,许多孩子是没有耐心去尝试的.正如试题解析所言“本题旨在考验学生的意志力与科学精神”,学生的意志力与科学精神是可以通过考试的形式得到考查的.四年级的奥数题对于一个高中生来说应该是不算太难.但是方法的选择显得很重要,本题如果不用枚举法去解,则要费时费力得多,2018年江苏高考题也是这个道理.枚举法是最基本且重要的方法,学生要有耐心去尝试.当然并不是要求沒有目的地做,而是要求学生能够边做,边观察,边思考,这样才能找出规律,从而使问题得到解决.久而久之,学生的数学抽象、直观想象、逻辑推理、数学运算等数学核心素养就能够得到培养.

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