小明和小红是一对爱思考的小伙伴,一起考入市里出名的中学,又分在同一个班,对于这个陌生的环境,有一个相识多年的小伙伴,总是一件快乐的事。
周五的数学课,李老师留给大家一个思考题:将1,2,3,4,5,6,7,8,9九个数字填入3×3的方格内,使得每一行每一列,以及对角线的数字之和都相等。“这个是我们下周要进行的实验,我们会用一个课时来讲解”,李老师说完,用眼扫了一下全班的同学,收拾教案走出教室。
在等公交的当儿,“老师今天那个题目什么意思,我做过,但记不清了,试几次总可以吧,小学三年级我就做过了。为什么老师说要讲整整一节课?”,小红对小明说。“我也觉得奇怪,这个题目就是课本上的,我预习过。不过为什么会是那张图,解是唯一的,还是有许多,我没想清楚。另外老师为什么不直接告诉相等的数是15呢?”,小明说到。
周一上数学课的时候,李老师的桌面多了一个魔方。
“同学们,今天我们来共同探讨上次留给同学的问题,做出的举手?”
全班同学一起举手。
“看来都知道答案了,但是学好数学知道答案并不重要,” ,“同学们,你们认为中学数学和小学数学有什么不同?”
“更难!”“更抽象!”同学们答到。
“同学们已经长大了,思维更完善了,可是到目前为止,同学们还没有学习2000年以前的受教育的人必需学习的思维推理方法。”
“这是数学教育的目的,你们学习数学不是为了当数学家,数学是通识教育,数学不好并不光荣,数学其实也不难,要不为什么数学是最早形成知识体系的呢?只要上课认真听,把课本上题目百分百搞懂,适当做些练习,考试不成问题。但是只为了应付考试,数学会成为你人生痛苦的经历!”
"这一堂课,我们通过这个题目来聊数学的思考方法,我问同学们回答。”
“已知是什么?”
“1,2,3,4,5,6,7,8,9九个数。”
“还有3×3九个方格。”
"规则和约束条件是什么?"
“9个数填入九个方格,使得每一行每一列以及对角线数字之和相等。”
“那么这个相等的数是几?”
等了一会,小明开口了,“能不能这么想,1到9九个自然数的和是45,有三行那么每行的和就是15,每列也应该是这个数,可是对角也会吗?只有两个对角,又如何能保证都满足?”
“同学们,你们也存在小明的疑问吗?”
“这个问题很好,小明的推理是正确的,如果这个数要求的不是15,那么九个空格的数不会等于45,要用1到9九个自然数填入九个方格其和是45,题目无解。所以我留给大家的问题没有像书上一样直接告诉你等于15,要满足相等大家需先求出这个相等的数。”
“但是15只是必要条件,题目仍有可能无解,但不等于15,就一定无解。”
“好了下面我们来求解。”
“应该先求哪个数?”
“中间方格。中间方格所在行列对角的数字和加起来应为15×4=60,这样九个数字之和外,中间方格数字多加了3次。中间数字等于(60-45)÷3=5。”
“那么,中间方格所在行列对角剩余两数字之和等于10。一共有四对:
1+9=10;2+8=10;3+7=10;4+6=10”
“到这个阶段,可以用试错法,求出解了。”
“我们要求同学分析至少到这一步。只是盲目试,不是这个题目的要求,解题必须有方向!”
“最后多讲一下,如果将上述九个数填入九个方格,相邻关系不同的排法有9×8×7×6×5×4×3×2×1÷4=90720种,而满足题目条件的解只有一种!偶尔排出满足条件的图案的概率小于10万分之一。所以如果外形星智慧生命发现地球上发出那个图案,几乎可以认定地球上一定有智慧生命了。”
“好了,这堂课,我们要理解课本的知识要点不要放过,课本这个例子的叙述可没有废话,每一个陈述都是数学方式的,总不要不求甚解,外星人发现了我们,我们还不知泄密了吧!简洁而深刻是数学的魅力所在。呵呵!”