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數學的六大基本原理

生活 更新时间:2024-09-29 03:32:42

已經和即将談到的這些數學思想,有的偏于實操技術層面,有的偏于理論指導層面,大家不用對“思想”這個詞是否準确太較真。隻要多領悟這些數學思想的本質,多觀察這些數學思想的應用,從而在解決問題時随手拈來就夠了。

上一期談到利用一一對應來解決兩個或多個集合(比如整數、偶數、自然數等等,都是數字集合)所含元素多寡的比較問題,本身這一思想是很樸素的,即幾乎是我們司空見慣,但又被我們忽略的事物、規律的總結。

數學的六大基本原理(給我印象深刻的一些數學思想)1

今天給大家分享的數學思想是“抽屜原理”。我最早接觸抽屜原理,是在讀高中的時候,現在很多“知識”都前移了,比如微積分挪到高中。抽屜原理估計也會被很多初中學生所熟知,甚至很多小學學生也了解一二。贅述如下:

  • 原始版:3個蘋果放進2個抽屜,那麼至少有2個蘋果會在同1個抽屜内。

  • 升級版:n個蘋果放入n-1個抽屜内,那麼至少有2個蘋果會在同1個抽屜内。

應用舉例,這是一個計算機系的題目,已經通過數學方法逐步解決,目前需要驗證這句話“從1~100這100個自然數中選取任意52個(不能重複選),其中必然可以挑出2個,這2個數的和是100。

  • 題幹簡單,大白話,幾乎看不到什麼條件限定。看起來不像是數學題目;

  • 結論開放,不告訴你結論,需要自己找到結論,并且證明結論是對的。

  • 比如上述這個問題,你既需要判斷話的真僞,還需要驗證自己的判斷。這裡就不展開說了,隻對抽屜原理在本題的應用做一個分享。

    • 第一步,把1~100分成同樣數量的兩堆數,1~50為第一堆,51~100為第二堆。可以看到,這2堆數中包含的自然數一樣多,都是50個;

    • 第二步,任意取52個數,根據抽屜原理,必然、至少有2個數與另外50個數不在同一堆數中(這裡說的即上述1~50和51~100兩堆數)。比如,如果你取1~52這52個數,那麼1~50就是第一堆,而51、52則屬于51~100這堆數;

    數學的六大基本原理(給我印象深刻的一些數學思想)2

    抽屜原理應用簡易圖示

    • 第三步,上面所說那2個數:如果這2個數在1~50中,那麼最多隻有1個是50,另1個隻能是1~49之間的數;如果這2個數在51~100中,那麼最多隻有1個數是100,另1個數隻能是51~99之間的數。大家有沒有發現,這是抽屜原理的第二次應用

    數學的六大基本原理(給我印象深刻的一些數學思想)3

    第一堆的數字與第二堆的數字配對,隻有50和100找不到與之配對的數字

    • 第四步,我們這裡隻展開說明這2個數在1~50時的情況。不難發現:1 99=100,2 98=100,3 97=100,...,48 52=100,49 51=100。即,這2個數中那個不是50的數字,一定能夠在51~99中找到與之和為100的數字。這樣,就驗證了“52個數字中至少有2個數字的和為100”這句話。

    這裡補充幾點說明,再添加幾個問題:

    1. 關于抽屜原理在本題的應用,大家仔細體會一下;

    2. 我們分析的是2個數的情況,如果有3個數與其他數不是同一堆呢?

    3. 如果這2個數在51~100呢?

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