分析与解:通常握手是两人的事。甲、乙两人握手,对于甲是握手1次,对于乙也是握手1次,两人握手次数的和是2。所以一群人握手,不论人数是奇数还是偶数,握手的总次数一定是偶数。
把聚会的人分成两类:A类是握手次数是偶数的人,B类是握手次数是奇数的人。
A类中每人握手的次数都是偶数,所以A类人握手的总次数也是偶数。又因为所有人握手的总次数也是偶数,偶数-偶数=偶数,所以B类人握手的总次数也是偶数。
握奇数次手的那部分人即B类人的人数是奇数还是偶数呢?如果是奇数,那么因为“奇数个奇数之和是奇数”,所以得到B类人握手的总次数是奇数,与前面得到的结论矛盾,所以B类人即握过奇数次手的人数是偶数。
例5五(2)班部分学生参加镇里举办的数学竞赛,每张试卷有50道试题。评分标准是:答对一道给3分,不答的题,每道给1分,答错一道扣1分。试问:这部分学生得分的总和能不能确定是奇数还是偶数?
分析与解:本题要求出这部分学生的总成绩是不可能的,所以应从每个人得分的情况入手分析。因为每道题无论答对、不答或答错,得分或扣分都是奇数,共有50道题,50个奇数相加减,结果是偶数,所以每个人的得分都是偶数。因为任意个偶数之和是偶数,所以这部分学生的总分必是偶数。
10. ★孙子问题与逐步约束法
在古书《孙子算经》中有一道题:“今有物不知其数,三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩二,问物几何?”意思是:有一堆物品,三个三个数剩两个,五个五个数剩三个,七个七个数剩两个。求这堆物品的个数。
我们称这类问题为孙子问题。
例1一个数除以3余2,除以5余3,除以7余2。求满足条件的最小自然数。 分析与解:这道例题就是《孙子算经》中的问题。这个问题有三个条件,一下子不好解答。那么,我们能不能通过先求出满足其中一个条件的数,然后再逐步增加条件,达到最终解决问题的目的呢?我们试试看。
满足“除以3余2”的数,有2,5,8,11,14,17,…
21
在上面的数中再找满足“除以5余3”的数,可以找到8,8是同时满足“除以3余2”、“除以5余3”两个条件的数,容易知道,8再加上3与5的公倍数,仍然满足这两个条件,所以满足这两个条件的数有
8,23,38,53,68,…
在上面的数中再找满足“除以7余2”的数,可以找到23,23是同时满足“除以3余2”、“除以5余3”、“除以7余2”三个条件的数。23再加上或减去3,5,7的公倍数,仍然满足这三个条件,[3,5,7]=105,因为23<105,所以满足这三个条件的最小自然数是23。
在例1中,若找到的数大于[3,5,7],则应当用找到的数减去[3,5,7]的倍数,使得差小于[3,5,7],这个差即为所求的最小自然数。
例2求满足除以5余1,除以7余3,除以8余5的最小的自然数。 分析与解:与例1类似,先求出满足“除以5余1”的数,有6,11,16,21,26,31,36,…
在上面的数中,再找满足“除以7余3”的数,可以找到31。同时满足“除以5余1”、“除以7余3”的数,彼此之间相差5×7=35的倍数,有
31,66,101,136,171,206,…
在上面的数中,再找满足“除以8余5”的数,可以找到101。因为101<[5,7,8]=280,所以所求的最小自然数是101。
在例1、例2中,各有三个约束条件,我们先解除两个约束条件,求只满足一个约束条件的数,然后再逐步加上第二个、第三个约束条件,最终求出了满足全部三个约束条件的数。这种先放宽条件,再逐步增加条件的解题方法,叫做逐步约束法。
例3在10000以内,除以3余2,除以7余3,除以11余4的数有几个? 解:满足“除以3余2”的数有5,8,11,14,17,20,23,… 再满足“除以7余3”的数有17,38,59,80,101,… 再满足“除以11余4”的数有59。
因为阳[3,7,11]=231,所以符合题意的数是以59为首项,公差是231的等差数列。(10000-59)÷231=43……8,所以在10000以内符合题意的数共有44个。
22
例4求满足除以6余3,除以8余5,除以9余6的最小自然数。
分析与解:如果给所求的自然数加3,所得数能同时被6,8,9整除,所以这个自然数是
[6,8,9]-3=72-3=69。
例5学校要安排66名新生住宿,小房间可以住4人,大房间可以住7人,需要多少间大、小房间,才能正好将66名新生安排下?
分析与解:设需要大房间x间,小房间y间,则有7x+4y=66。
这个方程有两个未知数,我们没有学过它的解法,但由4y和66都是偶数,推知7x也是偶数,从而x是偶数。
当x=2时,由7×2+4y=66解得y=13,所以x=2,y=13是一个解。 因为当x增大4,y减小7时,7x增大28,4y减小28,所以对于方程的一个解x=2,y=13,当x增大4,y减小7时,仍然是方程的解,即x=2+4=6,y=13-7=6也是一个解。
所以本题安排2个大房间、13个小房间或6个大房间、6个小房间都可以。
就是说,方程7x+4y=66有无数个解。由于这类方程的解的不确定性,所以称这类方程为不定方程。
根据实际问题列出的不定方程,往往需要求整数解或自然数解,这时的解有时有无限个,有时有有限个,有时可能是唯一的,甚至无解。例如:
x-y=1有无限个解,因为只要x比y大1就是解; 3x+2y=5只有x=1,y=1一个解; 3x+2y=1没有解。
例6求不定方程5x+3y=68的所有整数解。
解:容易看出,当y=1时,x=(68-3×1)÷5=13,即x=13,y=1是一个解。 因为x=13,y=1是一个解,当x减小3,y增大5时,5x减少15,3y增大15,方程仍然成立,所以对于x=13,y=1,x每减小3,y每增大5,仍然是解。方程的所有整数解有5个:
23
由例5、例6看出,只要找到不定方程的一个解,其余解可通过对这个解的加、减一定数值得到。限于我们学到的知识,寻找第一个解的方法更多的要依赖“拼凑”。
同学们在学习中经常能碰到求最大最小或最多最少的问题,这一讲就来讲解这个问题。
11. ★棋盘的覆盖
同学们会下棋吗?下棋就要有棋盘,下面是中国象棋的棋盘(图1),围棋棋盘(图2)和国际象棋棋盘(图3)。
用某种形状的卡片,按一定要求将棋盘覆盖住,就是棋盘的覆盖问题。实际上,这里并不要求一定是某种棋盘,只要是有关覆盖若干行、若干列的方格网的问题,就是棋盘的覆盖问题。
棋盘的覆盖问题可以分为两类:一是能不能覆盖的问题,二是有多少种不同的覆盖方法问题。
例1 要不重叠地刚好覆盖住一个正方形,最少要用多少个右图所示的图形?
分析与解:因为图形由3个小方格构成,所以要拼成的正方形内所含的小方格数应是3的倍数,从而正方形的边长应是3的倍数。经试验,不可能拼成边长为3的正方形。所以拼成的正方形的边长最少是6(见右图),需要用题目所示的图形
36÷3= 12(个)。
24
分析与解:在五年级学习“奇偶性”时已经讲过类似问题。左上图共有34个小方格,17个1×2的卡片也有34个小方格,好象能覆盖住。我们将左上图黑白相间染色,得到右上图。细心观察会发现,右上图中黑格有16个,白格有18个,而1×2的卡片每次只能盖住一个黑格与一个白格,所以17个1×2的卡片应当盖住黑、白格各17个,不可能盖住左上图。
例3 下图的七种图形都是由4个相同的小方格组成的。现在要用这些图形拼成一个4×7的长方形(可以重复使用某些图形),那么,最多可以用上几种不同的图形?
分析与解:先从简单的情形开始考虑。显然,只用1种图形是可以的,例如用7个(7);用2种图形也没问题,例如用1个(7),6个(1)。经试验,用6种图形也可以拼成4×7的长方形(见下图)。
能否将7种图形都用上呢?7个图形共有4×7=28(个)小方格,从小方格的数量看,如果每种图形用1个,那么有可能拼成4×7的长方形。但事实上却拼不成。为了说明,我们将4×7的长方形黑、白相间染色(见右图),图中黑、白格各有14个。在7种图形中,除第(2)种外,每种图形都覆盖黑、白格各2个,共覆盖黑、白格各12个,还剩下黑、白格各2个。第(2)种图形只能覆盖3个黑格1个白格或3个白格1个黑格,因此不可能覆盖住另6种图形覆盖后剩下的2个黑格2个白格。
综上所述,要拼成 4×7的长方形,最多能用上 6种图形。
25