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1、小學數學奧數基礎教程(三年級)
本教程共30講
第16講數陣圖(
在神奇的數學王國中,有一類非常有趣的數學問題,它變化多端,引 人入勝,奇妙無窮。它就是數陣,一座真正的數字迷宮,它對喜歡探究數 字規(guī)律的人有著極大的吸引力,以至有些人留連其中,用畢生的精力來研 究它的變化,就連大數學家歐拉對它都有著濃厚的興趣。
那么,到底什么是數陣呢?我們先觀察下面兩個圖:
左上圖中有3個大圓,每個圓周上都有四個數字,有意思的是,每個 圓周上的四個數字之和都等于13。右上圖就更有意思了, 1?9九個數字 被排成三行三列,每行的三個數字之和與每列的三個數字之和, 以及每條 對角線上的三個數字之和都等于1
2、5,不信你就算算
上面兩個圖就是數陣圖。準確地說,數陣圖是將一些數按照一定要求 排列而成的某種圖形,有時簡稱數陣。要排出這樣巧妙的數陣圖,可不是 一件容易的事情。我們還是先從幾個簡單的例子開始。
例1把1?5這五個數分別填在左下圖中的方格中, 使得橫行三數之和與 豎列三數之和都等于9。
同學們可能會覺得這道題太容易了,七拼八湊就寫出了右上圖的答
案,可是卻搞不清其中的道理。下面我們就一起來分析其中的道理, 只有 弄懂其中的道理,才可能解出復雜巧妙的數陣問題。
分析與解:中間方格中的數很特殊,橫行的三個數有它,豎列的三個數也 有它,我們把它叫做“重疊數”。也就是說,橫行的三個數之和加上
3、豎列
的三個數之和,只有重疊數被加了兩次,即重疊了一次,其余各數均被加 了一次。因為橫行的三個數之和與豎列的三個數之和都等于 9,所以
(1+2+3+4+5)+重疊數=9+9,
重疊數=(9+9)-(1+2+3+4+5)=3 。
重疊數求出來了,其余各數就好填了 (見右上圖)。
例2把1?5這五個數填入下頁左上圖中的。里(已填入5),使兩條直線 上的三個數之和相等。
分析與解:與例1不同之處是已知“重疊數”為5,而不知道兩條直線上 的三個數之和都等于什么數。所
以,必須先求出這個“和”。根據例1的分析知,兩條直線上的三個 數相加,只有重疊數被加了兩遍,其余各數均被加了一遍,所以兩
4、條直線 上的三個數之和都等于
[(1+2+3+4+5)+5] +2=10。
因此,兩條直線上另兩個數(非“重疊數”)的和等于10-5=5。在剩 下的四個數1, 2, 3, 4中,只有1+4=2+ 3=5。故有右上圖的填法。
例3把1?5這五個數填入右圖中的。里,使每條直線上的三個數之和相 等。
O-U-O
6
分析與解:例1是知道每條直線上的三數之和,不知道重疊數;例2是知 道重疊數,不知道兩條直線上的三個數之和;本例是這兩樣什么都不知道。 但由例1、例2的分析知道,
(1+2+3+4+5)+重疊數
=每條直線上三數之和X 2,
所以,每條直線上三數之和等于(15+
5、重疊數)+2。
因為每條直線上的三數之和是整數,所以重疊數只可能是 1, 3或5
若“重疊數” =1,則兩條直線上三數之和為
(15+1) +2=8。
填法見左下圖;
若“重疊數” =3,則兩條直線上三數之和為
(15+3) +2=9。
填法見下中圖;
若“重疊數” =5,則兩條直線上三數之和為
(15+5) +2=10。
填法見右下圖。
(5) ?
由以上幾例看出,求出重疊數是解決數陣問題的關鍵。 為了進一步學 會掌握這種解題方法,我們再看兩例。
例4將1?7這七個自然數填入左下圖的七個。內, 使得每條邊上的三個
數之和都等于10
分析與解:與例1類似,知道
6、每條邊上的三數之和,但不知道重疊數。因 為有3條邊,所以中間的重疊數重疊了兩次。于是得到
(1+2+ - +7)+重疊數 X 2=10X 3。
由此得出重疊數為
[10 X3-(1+2+ …+7)] +2=1。
剩下的六個數中,兩兩之和等于 9的有2, 7; 3, 6; 4, 5。可得右 上圖的填法。
如果把例4中“每條邊上的三個數之和都等于 10”改為“每條邊上 的三個數之和都相等",其他不變,那么仿照例 3,重疊數可能等于幾? 怎樣填?
例5將10?20填入左下圖的。內,其中15已填好,使得每條邊上的三 個數字之和都相等。
解:與例2類似,中間。內的15是重疊數,并且
7、重疊了四次,所以每條 邊上的三個數字之和等于
[(10+11+ - +20)+15X4] -5=45。
剩下的十個數中,兩兩之和等于(45-15=)30的有10, 20; 11, 19;
12, 18; 13, 17; 14, 16。于是得到右上圖的填法。
例1?5都具有中心數是重疊數,并且每邊的數字之和都相等的性質,這 樣的數陣圖稱為輻射型。例4的圖中有三條邊,每邊有三個數,稱為輻射 型3-3圖;例5有五條邊每邊有三個數,稱為輻射型 5-3圖。
般地,有m條邊,每邊有n個數的形如下圖的圖形稱為輻射型 m-
輻射型數陣圖只有一個重疊數,重疊次數是“直線條數” -1 ,即m-1
8、對于輻射型數陣圖,有
已知各數之和+重疊數x重疊次數
=直線上各數之和x直線條數。
由此得到:
(1)若已知每條直線上各數之和,則重疊數等于
(直線上各數之和X直線條數-已知各數之和)+重疊次數。
如例1、例4。
(2)若已知重疊數,則直線上各數之和等于(已知各數之和+重疊數X重疊 次數)一直線條數。如例2、例5。
⑶若重疊數與每條直線上的各數之和都不知道,則要從重疊數的可能取 值分析討論,如例3。
練習16
1 .將1?7這七個數分別填入左下圖中的。里,使每條直線上的三個 數之和都等于12。
如果每條直線上的三個數之和等于 10,那么又該如何填?
2 .將1?
9、9這九個數分別填入右上圖中的。里(其中9已填好),使每 條直線上的三個數之和都相等。
如果中心數是5,那么又該如何填?
3 .將1?9這九個數分別填入右圖的小方格里,使橫行和豎列上五個 數之和相等。(至少找出兩種本質上不同的填法)
4 .將3?9這七個數分別填入左下圖的。里,使每條直線上的三個數 之和等于20。
5 .將1?11這十一個數分別填入右上圖的。里,使每條直線上的三個 數之和相等,并且盡可能大。
6 .將1?7這七個數分別填入下圖的。里,使得每條直線上三個數之 和與每個圓圈上的三個數之和都相等。
答案與提示練習16
和為為 和
10、為黑 和力25
和為28 和為27
5.提示:中心數是重疊數,并且重疊4次。所以每條直線上的三數之 和等于
[(1 +2+---+ 11)+重疊數X 4] +5
= (66+重疊數X 4) +5。
為使上式能整除,重疊數只能是1, 6或11。顯然,重疊數越大,每 條直線上的三數之和越大。所以重疊數是 11,每條直線上的三數之和是 22。填法見右圖。
6.解:所有的數都是重疊數,中心數重疊兩次,其它數重疊一次。所 以三條邊及兩個圓周上的所有數之和為
(1 +2+…+ 7) X2+中心數=56+中心數。
因為每條邊及每個圓周上的三數之和都相等,所以這個和應該是 5 的倍數,
11、再由中心數在1至7之間,所以中心數是4。每條邊及每個圓周 上的三數之和等于(56+4) -5= 12。
中心數確定后,其余的數一下還不好直接確定。我們可以試著先從輻 射型3-3圖開始。中心數是4,每邊其余兩數之和是12-4=8,兩數之和是 8的有1, 7; 2, 6; 3, 5。于是得到左下圖的填法。
對于左上圖,適當調整每條邊上除中心數外的兩個數的位置, 便得到 本題的解(見右上圖)。
豎式計算
370+7=
784-685= 76X 15 =
486 e=
607 55= 900-807= 915 3=
560 +
458+542= 423 3= 87X19=
12、
362+6=
525+ 3= 254+5= 192 + 4 =
602+7 =
839+ 9= 726+6= 51 X 16 =
78 X 22 =
416+4= 823+8= 63X43=
367 +
795 與= 2 >53= 79 >97=
28X 32 =
54X 25 = 48X61= 39X42 =
168 3=
370 與= 640 ^7= 1944=
470 %=
522 -6=
312^7=
570 七=
810+9=
660 + 5=
804 + 7=
462 + 3 =
780+4 =
729+ 9 =
624 + 6 =
2500+300=
156-97=
386+479=
321 X 12 =
125X 23 =
18X 250 =
52 X 49=
34 X 54=
106X 51 =
48 X 34 =
82 X 16=
45 X 93=
66 X 65=
55 X 18=
75X 26=
816+ 8=