正文 第23章 數學教學的趣味奧秘推薦(6)(2 / 3)

一個由36個小方格組成的正方形,如圖所示,放著4個黑子和4個白子。現在要把它分割成形狀大小都相同的4塊,並使每一塊裏都有一個黑子和一個白子,應怎樣分割?

分析:要將圖形分成大小相同的四塊,可先將圖形一分為四,如圖(A)

圖(A)但這樣左上角一塊中就出現了兩個白子,為此必須將它們割開。但問題要求4塊形狀大小都要一樣,因此隻要一塊割開,其他3塊都要做同樣的割開,如圖(B)。然後再將原來的分割線去掉一部分。如果去掉近中心的1/3,則黑子就會連成一片;如果去掉中間的1/3,又會有兩個白子連在一起。因此隻可去掉靠邊上的1/3,如圖(C)。

圖(B)圖(C)現在隻需要把左邊兩個白子分開。顯然,隻要將4條短的分割線延長到邊,就能達到目的,如圖(D)。到此,圖中的6條分割線都不能再延長,隻能沿折線分割,成為符合要求的圖(E)。

62.節能灶

便民小吃店準備改進爐灶,知道煤廠生產有兩種蜂窩煤。大蜂窩煤的直徑是小蜂窩煤直徑的2倍,3個大蜂窩煤壘起的高度與4個小蜂窩煤壘起的高度相等。

假如砌的爐灶采用3塊大蜂窩煤,那麼相當於多少塊小蜂窩煤的熱值?如果按同樣熱值的那麼多小蜂窩煤砌成爐灶,哪個灶更節省?

解答:假設大蜂窩煤半徑為R,高度為b,小蜂窩煤半徑為r,高度為a,則:

R=2r,3b=4a

大蜂窩煤的體積為πR2·b,小蜂窩煤的體積為πr2·a。

所以πR2·b=π(2r)·34·a

圖D(D)圖(E)=163·πr2·a

即3πR2·b=16πr2·a

由此可知,3個大蜂窩煤的體積等於16個小蜂窩煤的體積,3∶16也是它們重量的關係。

由於熱值與其質量成正比,相同質量的蜂窩煤應該產生相同的熱值,所以要砌放3塊大蜂窩煤的爐灶,也可以砌成能放16塊小蜂窩煤的爐灶,如同圖上所示的兩種爐膛內的蜂窩煤全部燃燒(令中間小孔不計),其燃燒麵積應該是上端麵的麵積加上側麵的麵積之和,於是,對於16塊小蜂窩煤,燃燒表麵積之和為:

SA=4×4×(πr2+2πra)

=16πr2+32πra

3塊大蜂窩煤,其燃燒表麵積為:

SB=3×(πR2+2πR·b)

=3πR2+6πRb

因為R=2r,b=34a

所以SB=3π(2r)2+6π(2r)43a

=12πr2+16πr2a

所以SA>SB

由此,小蜂窩煤燃燒麵積大,燒得快,不節省煤,而大蜂窩煤燃燒麵積適中,燒得慢,省煤。

63.青蛙的對稱跳

1985年,第三屆五四青年智力競賽中有這樣一道題:

地麵上有A、B、C3點,一隻青蛙位於地麵上距離C點為0.27米的P點,青蛙第一步從P跳到關於A的對稱點P1,我們把這個動作說成是青蛙從P點關於A點作“對稱跳”;第二步從P1出發對B點做對稱跳到P2;第三步從P2點出發對C點做對稱跳到達P3;第四步從P3再對A做對稱跳到達P4……,按這種方式一直跳下去。若青蛙第1985步對稱跳之後到達P1985,問此點與出發點P的距離為多少厘米?

要在短時間內把1985步對稱跳都做出來是困難的,這裏麵一定隱含著某種規律。

設想我們在地麵上建立了一個直角坐標係,使出發點P正好是坐標原點,並設A(a1,a2)B(b1,b2),C(c1,c2)。

根據對稱跳的定義,P和P1關於A點對稱。由於P(0,0),則點P1的坐標為(2a1,2b1)。設P2(x2,y2),由於B是P1與P2的中點,則x2=2b1-2a1,y2=2b2-2a2。實際上,我們隻須關心點的第一個坐標。

設Pi(xi,yi),i=1,2,3,4,5,6,我們又有

x3=2c1-x2=2(c1-b1+a1),

x4=2a1-x3=2(b1-c1),

x5=2b1-x4=2c1,

x6=2c1-x5=0。

類似地可知y6=0,這表明P6=P,也就是說,經過關於A,B,C的6次對稱跳之後,青蛙又回後到了原出發點,這又可以說成:這樣的對稱以6為周期。由於1985=6×330+5,所以經過1985步對稱跳,實際上相當於隻做了5次對稱跳,或者說隻差一步就跳回到原點,它與P是關於點C對稱的兩點,因此。

P1985與P的距離=P5與P的距離

=2×(P與C的距離)=2×0.27米

=0.54米=54厘米。