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第四讲 奇妙的方格表
方格表是人们最熟悉最简单的图形之一,但这个简单的图形却可以说是一个广阔的数学天地,其中包含着许许多多奇妙的数学问题.许多问题看起来非常简单非常有趣,但却要用到许多数学方法,蕴含着许多深刻的道理.这些方法和道理在我们以后的学习中将经常用到.
一、计数问题
例1 下图中共有多少个矩形?
分析 如果直接数,很容易遗漏或者重复.为了避免遗漏或重复,可以将图形中的各种矩形按形状大小分类,分别计数后再相加.在分类计数中如果能发现规律,那就更简单了.
解法1:在已知的方格表中,“□”共有5×3=15个,“□□”共有4×3=12个,“□□□”共有3×3=9个,…如此进行下去,把各类矩形的个数相加,可得矩形总数为90个.
解法2:将各类矩形列出表来(如下图),分析各类矩形个数的算式,很容易发现规律,于是可得矩形总个数为:(1+2+3+4+5)×(3+2+1)=90个.
格组成的正方形中都含有4个L形.因此为了求L形的个数,只需先求“田”字形的个数.
解:在上页的方格表的第1、2行中含有“田”字形 4个,第2、3行中也含4个,共有“田”字形8个,每个“田”字形对应4个L形,因此共有L形4×8=32个.
说明:计数最基本的方法是分类讨论.如果在分类讨论中发现规律,就可以改进算法.例2中的计数方法利用了对应的思想.当直接计算某一事物的个数有困难时,往往可以先转化成计算另一事物的个数,然后再研究这两个数,可以先计算2×3的矩形共有多少个,然后由每个2×3的矩形中都10×4=40个.在例1中计算矩形个数还有一些更高明的方法,这些方法将在中学里学到.
8×8的方格表,结果如何?
解:如图,在4×4的方格表中放下3个L形,即不能再放下一个L形了.
如果只放了两个L形,那么可以证明总还能再放下一个L形.因为每个“田”字形内至少盖住两格后才不再能放下L形,而4×4的方格表中共有4个不相重叠的“田”字形,至少应盖住2×4=8格后,才不再能放一个L形,如果只放了两个L形,仅仅盖住6格,所以总还能再放一个L形.
从以上两步,可以看出4×4的方格表中至少放上3个L形后,才能使这一表中不再能放下一个L形.
在6×6的方格表中有9个不相重叠的“田”字形,每个“田”字形至少盖住两格,才不再能放下一个L