數學教學的趣味奧秘設計數學教師的趣味教學設計與創新1.“農婦賣蛋”
“農婦賣蛋”是一個經典問題。
這個問題說的是:一農婦去市場賣雞蛋,第一次賣去全部雞蛋的一半又半個;第二次又賣去剩下雞蛋的一半又半個;第三次賣去前兩次賣後所剩下雞蛋的一半又半個,最後又賣去所剩下雞蛋的一半又半這時雞蛋恰好賣完,問農婦原有多少雞蛋?
許多數學家愛好者對這個問題十分感興趣,並給出了許多解答方法,但多數方法較為繁瑣。瑞士著名的數學家歐拉對這個問題給出了一個別具一格的解法:設第三次賣完後所剩(第四次賣去)的雞蛋為1+0.5,第三次賣去的雞蛋為(1+0.5)×2=3,第二次賣完後所剩雞蛋數應為:(3+0.5)×2=7(個),因此,農婦原有雞蛋數為:(7+0.5)×2=15(個)
我們從歐拉對上述問題得到啟發:有些數學問題,如果按正向思維去考慮問題,有時難以入手或根本無法獲解,但若能根據問題提供的條件,進行逆向思維去考慮,則有獲解的希望。歐拉解農婦賣蛋問題正是這種逆向思維方式的具體體現。
2.擺滿棋盤的麥粒
在印度,有一個古老的傳說:“當時舍罕王打算重賞國際象棋的發明人——宰相西薩·班·達依爾。宰相請舍罕王在棋盤的第一個小格內賞給他一粒麥子,在第二個格子內賞給他2粒麥子,第一個格賞給他22=4粒麥子……照此下去,每一格內的麥子都比前一小格的加一倍。舍罕王認為這樣擺滿棋盤上所有64格的麥粒也不過一小袋,就答應了宰相的要求。可是當宮廷數學家計算了這個數目之後,才發現整個國家倉庫裏的所有麥子全部給宰相還相差很多,甚至在全世界的土地上也不可能收獲這麼多的麥子。
這是怎麼回事呢?這是一個等比數列(也稱幾何級數)求前64項和的問題。
根據等比數列求前幾項和的公式:
Sn=a1(qn-1)q-1,(其中a1是等比數列{an}的第一項,q是公比,n為項數)而在該題中,a1=1,q=2,n=64,則:
S64=1×(264-1)2-1=264-1=18446744073709551615
這個數字是非常大的。可見,古印度在當時就有了幾何級數的思想。
在中國兩千多年前的《易經》、《九章算術》等著作中,都包含了等比數列的內容。
3.摸球的奧秘
在一些地方常有人經營這樣的“遊戲”,經營人手持一個布口袋。口袋裏有20個同樣大的玻璃球,其中10個藍球,10個紅球,由你任意摸10個,當你摸出的球兩種顏色的比為:
10∶0贏300元
9∶1,贏100元
8∶2,贏30元
7∶3,贏2元
6∶4,輸10元
5∶5,贏1元
初看,似乎摸球人很占便宜,可以贏5種比值,而經營者隻贏1種,摸球的人贏的數額又分別為300元、100元、30元和1元。其實不然,摸球人一般會遇到失敗。是否其中有詐?通過仔細觀察,發現布袋裏的玻璃球並無異樣。經營者甚至會讓摸球人自己拿著布袋子摸,結果往往又遭失敗。
這裏的奧秘在哪裏呢?
我們知道,在自然和社會現象中,有這樣一類事件,它在相同條件下由於偶然因素的影響可能發生,也可能不發生,這類事件叫隨機事件。對一個隨機事件做大量實驗時發現,隨機事件發生的次數與試驗次數的比總是在一個固定數值附近擺動,這個固定數值就叫隨機事件發生的概率,概率的大小反映了隨機事件發生的可能性的大小。例如:做大量拋硬幣的試驗中,正麵向上和反麵向上的次數大致相等,各占總次數的12左右。12就是硬幣正麵向上(和反麵向上)這一事件的概率。
在上述摸球的“遊戲”中,擺攤人所列出的幾種比所產生的概率是不同的,分別為:
10∶09∶18∶27∶36∶45∶5192378100923782025923781440092378441009237831752923780.001%0.11%2.19%15.59%47.7%34.7%
由上表可以看出,6∶4發生的可能性最大,10∶0出現的可能性最小。他把最小的讓給摸球人,價格定得很高,自己挑了個概率最大的,定了中價,5∶5的概率排在第二位。為了避免摸球人總是失敗,經營者把這個讓給摸球人,但價格定的最低,對摸球人贏的幾種情況,概率越小,定價越高。