数学学习乐园讨论与解答(101—110)
你可能认为在8×8钉板上,所能作出的不同形状正方形的数目为19,但其实你忽略了在作对角线正方形时,有一个是以3、4、5为3边的直...
你可能认为在8×8钉板上,所能作出的不同形状正方形的数目为19,但其实你忽略了在作对角线正方形时,有一个是以3、4、5为3边的直角三角形为基础的正方形,而这个正方形的边长为5,所以与6×6钉板的边界正方形重叠.
正方形数目N与钉板一边的钉子数n的关系如下:
在8×8钉板上所作成的正方形面积为:
观察其间的差,似乎看不出任何可以使数列继续下去的明显模式.
107.多边形的三角分割
(1)有17条对角线.
(2)四边形、五边形分别有2条、5条对角线.
(n-3)条对角线,共有n个顶点,故得n(n-3),但因为每一条对角线都重复计算了两次,故此数目应减半.
(3)2条,3条,4条.
一般而言,在n边形中,可以画出n-3条互不交的对角线.
图1与图2是两种分割六边形的不同方法.
图3~图5是分割七边形的其他3种方法.
1+5+1+2+2+2+2=15 1+2+3+2+1+3+3=15 1+2+4+1+2+2+3=15
在各种情况中,七边形被分割后都形成5个三角形,每一个三角形都包含3个顶点,所以在使用的数字记录系统中,每一个三角形都被计算了3次.因此各种情况的数字和都为5×3=15.
显然多边形的边愈多,也就有愈多种不同的分割方法.但作者至今尚未找到一种公式,可以预测对已知边数的多边形进行分割时,不同分割方法的数目. 姑且不论有多少分割方法的问题,这个活动的目的之一是要介绍可以形成带状模式的数列.对带状模式的研究最近才刚起步,而且人们对它所知不多.只要你熟悉生成新数列的方法,其算术是相当简单的,但形成的模式却非常奇妙.
108.一个人玩的跳棋游戏
跳棋游戏虽然历史悠久,但一直未受重视,可能是因为看起来似乎过于简单.
“跳蛙”最少需移动15次.
将7个洞由左至右编号,则15次移动的方法如下所示,其中的数字代表空的洞:
3 5 6 4 2 1 3 5 7 6 4 2 3 5 4
策略为尽量用跳的方式,在此解中共跳了9次.
将x个黑色棋子与y个红色棋子互换位置,最少要移动xy+x+y次,其中xy为“蛙跳”的次数.
109.一分为二
110.将立方体着色
最少需要3种颜色,因为有3个面交于立方体的顶点,这3个面必须为不同颜色,所以即使相对的面颜色相同,也没有相邻的面为相同颜色.
如果有A、B、C、D4种颜色可用,每一次取3种颜色的组合有4种,即ABC、ABD、ACD与BCD,而且每一种组合中只有一种将立方体着色的方法.所有其他的方法都会用到所有的4种颜色.如果没有立方体模型,要整理出这些着色方法并不容易.要注意的是,除了两个相邻面必须不同色之外,相同颜色的面也不能超过两个.
因此要用4种颜色涂6个面,就必须有两种颜色用两次,另外两种颜色各使用一次.如此就有6组解答,如图所示.
在每一种情况中,只出现一次的两种颜色,必定是在相对的面.这6组解答,加上前面只用3种颜色的4组解答,所以将立方体着色共有10种不同的方法.