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抽屉原理和六人集会问题
“任意367个人中,必有生日相同的人。”
“从任意5双手套中任取6只,其中至少有2只恰为一双手套。”
“从数1,2,...,10中任取6个数,其中至少有2个数为奇偶性不同。”
......
大家都会认为上面所述结论是正确的。这些结论是依据什么原理得出的呢?这个原理叫做抽屉原理。它的内容可以用形象的语言表述为:
“把m个东西任意分放进n个空抽屉里(m>n),那么一定有一个抽屉中放进了至少2个东西。”
在上面的第一个结论中,由于一年最多有366天,因此在367人中至少有2人出生在同月同日。这相当于把367个东西放入366个抽屉,至少有2个东西在同一抽屉里。在第二个结论中,不妨想象将5双手套分别编号,即号码为1,2,...,5的手套各有两只,同号的两只是一双。任取6只手套,它们的编号至多有5种,因此其中至少有两只的号码相同。这相当于把6个东西放入5个抽屉,至少有2个东西在同一抽屉里。
抽屉原理的一种更一般的表述为:
“把多于kn个东西任意分放进n个空抽屉(k是正整数),那么一定有一个抽屉中放进了至少k+1个东西。”
利用上述原理容易证明:“任意7个整数中,至少有3个数的两两之差是3的倍数。”因为任一整数除以3时余数只有0、1、2三种可能,所以7个整数中至少有3个数除以3所得余数相同,即它们两两之差是3的倍数。
如果问题所讨论的对象有无限多个,抽屉原理还有另一种表述:
“把无限多个东西任意分放进n个空抽屉(n是自然数),那么一定有一个抽屉中放进了无限多个东西。”
抽屉原理的内容简明朴素,易于接受,它在数学问题中有重要的作用。许多有关存在性的证明都可用它来解决。
1958年6/7月号的《美国数学月刊》上有这样一道题目:
“证明在任意6个人的集会上,或者有3个人以前彼此相识,或者有三个人以前彼此不相识。”
这个问题可以用如下方法简单明了地证出:
在平面上用6个点A、B、C、D、E、F分别代表参加集会的任意6个人。如果两人以前彼此认识,那么就在代表他们的两点间连成一条红线;否则连一条蓝线。考虑A点与其余各点间的5条连线AB,AC,...,AF,它们的颜色不超过2种。根据抽屉原理可知其中至少有3条连线同色,不妨设AB,AC,AD同为红色。如果BC,BD,CD3条连线中有一条(不妨设为BC)也为红色,那么三角形ABC即一个红色三角形,A、B、C代表的3个人以前彼此相识:如果BC、BD、CD3条连线全为蓝色,那么三角形BCD即一个蓝色三角形,B、C、D代表的3个人以前彼此不相识。不论哪种情形发生,都符合问题的结论。
六人集会问题是组合数学中著名的拉姆塞定理的一个最简单的特例,这个简单问题的证明思想可用来得出另外一些深入的结论。这些结论构成了组合数学中的重要内容-----拉姆塞理论。从六人集会问题的证明中,我们又一次看到了抽屉原理的应用。
长久以来,被誉为“科学皇后”的数学,在科技领域的拓展上,一直担当举足轻重的角色.随着社会的多元化发展,数学的应用更为广泛.但在数学课堂上,一般定义的解释、定理的证明和命题的解法,却忽视了从生活的经验去理解数学的需要.在日常生活中,我们其实既可用数学方法去理解周围的事物,更可利用生活的素材去加强对数学概念的认识,使数学知识注入生活的气息.
数学问题生活化———抽象的概念具体化,创设情景,侧重感知.
在数学教学中,从学生的生活经验和已有生活背景出发,联系生活讲数学,将抽象的数学概念、定理、公式、法则、规律等化解为一系列学生熟悉的有趣的丰富的生活中的事例,为学生提供大量的感性材料,让学生从初步的感知,逐步理解抽象的数学概念、定理和思想方法,同时也让学生了解了数学知识产生的背景,发展的过程.
近年来,随着数学改革的深入,很多教师已注意到在引进新知识时提供一两个实际背景,以便使学生理解数学源于生活.但仅仅如此并不能确保学生具有应用意识,也许抛开教师提供的实际背景 ,学生头脑中便难以找到其他的实际背景,依然会将所学知识和现实生活看成两个相互独立的系统,无法感受新知识的应用价值,这点给我们的教训是很深刻的.
生活问题数学化———实际问题抽象化,侧重建模.
对新课程来说,最重要的是学生真正理解数学.在这个意义下,数学建模和数学应用被证明是非常成功的.众所周知,数学有着广泛的应用,这是数学的基本特征之一.生产和科学技术的不断发展,为数学的应用提供了广阔的前景.数学的应用地位日益上升,数学建模正成为数学和科学工作者面临的重大课题.
所谓数学模型,是针对或参照某种事物的特征或数量关系,采用形式化的数学语言,概括地或近似的表述出来的一种数学结构.广义解释:凡一切数学概念、数学理论、各种数学公式、各种方程(代数方程、函数方程、微分方程、积分方程……)以及由公式系列构成的算法系统就可称之为数学模型.
数学的建模过程大致可用如下框图说明:
例如: 换啤酒问题:小明的父亲从商店买回10瓶啤酒,商店规定3个空瓶可换回一瓶啤酒,若小明的父亲不再给钱,他一共可喝上多少瓶啤酒?
其解法是:10瓶喝完,可换回三瓶;再喝完,则剩余4个空瓶,又换回一瓶,喝后剩下2个空瓶,此时借进1空瓶,则又可换回1瓶,喝完后还所借1空瓶.总计可喝15瓶.此过程中“一借”可谓巧.
数学来自于生活,又必须回归于生活.数学只有在生活中才能赋予活力和灵性.数学学习内容远离生活无疑是导致学生对数学无兴趣的根本原因,它使本该生动活泼的数学学习活动变得死气沉沉.有鉴于此,数学的教与学应该富有生活气息,注重现实体验,变传统的“书本中学数学”为“生活中学数学”.
生活中的数学
学数学就是为了能在实际生活中应用,数学是人们用来解决实际问题的,其实数学问题就产生在生活中。比如说,上街买东西自然要用到加减法,修房造屋总要画图纸。类似这样的问题数不胜数,这些知识就从生活中产生,最后被人们归纳成数学知识,解决了更多的实际问题。
我曾看见过这样的一个报道:一个教授问一群外国学生:“12点到1点之间,分针和时针会重合几次?”那些学生都从手腕上拿下手表,开始拨表针;而这位教授在给中国学生讲到同样一个问题时,学生们就会套用数学公式来计算。评论说,由此可见,中国学生的数学知识都是从书本上搬到脑子中,不能灵活运用,很少想到在实际生活中学习、掌握数学知识。
从这以后,我开始有意识的把数学和日常生活联系起来。有一次,妈妈烙饼,锅里能放两张饼。我就想,这不是一个数学问题吗?烙一张饼用两分钟,烙正、反面各用一分钟,锅里最多同时放两张饼,那么烙三张饼最多用几分钟呢?我想了想,得出结论:要用3分钟:先把第一、第二张饼同时放进锅内,1分钟后,取出第二张饼,放入第三张饼,把第一张饼翻面;再烙1分钟,这样第一张饼就好了,取出来。然后放第二张饼的反面,同时把第三张饼翻过来,这样3分钟就全部搞定。
我把这个想法告诉了妈妈,她说,实际上不会这么巧,总得有一些误差,不过算法是正确的。看来,我们必须学以致用,才能更好的让数学服务于我们的生活。
数学就应该在生活中学习。有人说,现在书本上的知识都和实际联系不大。这说明他们的知识迁移能力还没有得到充分的锻炼。正因为学了不能够很好的理解、运用于日常生活中,才使得很多人对数学不重视。希望同学们到生活中学数学,在生活中用数学,数学与生活密不可分,学深了,学透了,自然会发现,其实数学很有用处。
数学就是阿拉伯数字联在一起,利用阿拉伯数字做一些有利于我们人类的事。就这样·····数学作文嘛,呃·····写一些题目不就行了聊·····
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