初中數(shù)學(xué) 化歸思想方法

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一位日本的數(shù)學(xué)教育家曾經(jīng)提出:無(wú)論科技工作者,教育工作者,或是社會(huì)的其他人才,最重要的是要有數(shù)學(xué)的精神與思想方法,而數(shù)學(xué)知識(shí)則是第二位的。這與我國(guó)古代教育家提出的“授之以魚(yú),不如授之以漁”的思想實(shí)質(zhì)上是一致的。

在具體的數(shù)學(xué)思想方法中,“化歸思想”又是世界數(shù)學(xué)家們都十分重視的數(shù)學(xué)思想方法,因?yàn),在解決問(wèn)題的過(guò)程中,數(shù)學(xué)家往往不是直接對(duì)問(wèn)題展開(kāi)攻擊,而是對(duì)問(wèn)題進(jìn)行變形、轉(zhuǎn)化,直至把它化歸為某個(gè)(些)已經(jīng)解決的問(wèn)題,或容易解決的問(wèn)題。匈牙利著名數(shù)學(xué)家P•羅莎曾用以下比喻十分生動(dòng)地說(shuō)明了化歸思想的實(shí)質(zhì)。她寫(xiě)道:“假設(shè)在你面前有煤氣灶、水龍頭、水壺和火柴,現(xiàn)在的任務(wù)是要燒水,你應(yīng)當(dāng)怎樣去做?”正確的回答是:“在水壺中放上水,點(diǎn)燃煤氣,再把水壺放到煤氣灶上。”接著,羅莎又提出第二個(gè)問(wèn)題:“假設(shè)所有的條件都不變,只是水壺中已有了足夠的水,這時(shí)你應(yīng)該怎樣去做?”對(duì)此,人們往往回答說(shuō):“點(diǎn)燃煤氣,再把壺放到煤氣灶上。”但羅莎卻認(rèn)為這并不是最好的回答,因?yàn)椋?ldquo;只有物理學(xué)家才會(huì)這樣做,而數(shù)學(xué)家則會(huì)倒去壺中的水,并且聲稱(chēng)我已經(jīng)把后一問(wèn)題化歸成先前的問(wèn)題了,而先前的問(wèn)題我已回答。”

“把水倒掉”——這是多么簡(jiǎn)潔的回答呀!比喻有點(diǎn)夸張,但它的確表明了數(shù)學(xué)家思考與解決問(wèn)題的一個(gè)特點(diǎn),與其他應(yīng)用科學(xué)家相比,他們更善于使用化歸思想。

下面還是讓我們用一些例題來(lái)說(shuō)明。
例1 雞兔同籠,籠中有頭50,有足140,問(wèn)雞、兔各有幾只?
分析 化歸的實(shí)質(zhì)是不斷變更問(wèn)題,這里可以先對(duì)已知成分進(jìn)行變形。每只雞有2只腳,每只兔有4只腳,這是問(wèn)題中不言而喻的已知成分,F(xiàn)在對(duì)問(wèn)題中的已知成分進(jìn)行變形:“一聲令下”,要求每只雞懸起一只腳(呈金雞獨(dú)立狀),又要求每只兔懸起兩只前腳(呈玉兔拜月?tīng)睿。那么,籠中仍有頭50,而腳只剩下70只了,并且,這時(shí)雞的頭數(shù)與足數(shù)相等,而兔的足數(shù)與兔的頭數(shù)不等——有一頭兔,就多出一只腳,現(xiàn)在有頭50,有足70,這就說(shuō)明有兔20頭,有雞30頭。(我國(guó)古代算法書(shū)上就是這樣解的)

以上是從變更題設(shè)條件來(lái)尋找化歸方法的。下例則是從變更任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)化歸目的。
例2 有18瓶牛奶分放在4×6=24個(gè)方格內(nèi),每格只能放一瓶,在數(shù)牛奶瓶時(shí)要求橫數(shù)的瓶數(shù)為偶數(shù),豎數(shù)的瓶數(shù)也為偶數(shù),這件事能辦到嗎?

[注] 這個(gè)問(wèn)題是1984年國(guó)際數(shù)學(xué)教育與計(jì)算機(jī)教育會(huì)議上,一位英國(guó)朋友在小組討論時(shí)提出的。當(dāng)時(shí)有兩個(gè)不相容的答案:“這件事能辦到”與“這件事不能辦到”。
分析 不妨試放一下(請(qǐng)用鉛筆在小方格內(nèi)打上試放符號(hào)“○”,并給出你的答案。)

可能屢試不成——瓶太多了,很難照顧全面。因此,能否用化歸思想變更題目的任務(wù):在4×6=24個(gè)方格內(nèi)打上24-18=6個(gè)不放牛奶瓶的符號(hào)(用“×”表示)。余下工作請(qǐng)讀者自己完成,這時(shí)你的結(jié)論一定是:這件事不僅一定能辦到,而且放置奶瓶的方法有多種,請(qǐng)你至少給出3種。

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