观察比较与归纳:多一张桌子,多几个座位?
从少量桌子的座位数发现变化,再用接触边的关系证明一般规律,区分猜想与理由。
题目
把同样大的正方形桌子沿一条直线紧靠着拼成一排,相邻两张桌子恰好有一整条边重合。每条外露的桌边可以坐 1 人,接触处的两条桌边都不能坐人。
8 张桌子最多可以坐多少人?如果有 张桌子( 是正整数),人数与桌子张数有什么关系?请说明理由。
答案:8 张桌子坐 18 人;一般可坐 人。
所需知识:正方形有四条边,加减乘法,以及用字母表示数量。这里数的是题目规定的座位,不考虑现实中桌边能挤下多少人。
先让变化变得看得见
一下画八张桌子,容易漏数接触处。可以先只画一张,再往同一端添一张:这样每次只改一个条件,便于看清人数为何变化。画图时,把能坐人的边做记号,不要给内部的接触边做记号。
| 桌子张数 | 可坐人数 | 比前一次增加 |
|---|---|---|
| 1 | 4 | — |
| 2 | 6 | 2 |
| 3 | 8 | 2 |
| 4 | 10 | 2 |
可以先停下来想:新桌子明明有四条边,为何总人数只增加二?重点看它与旧桌子相碰的位置。新桌子有一边不能坐人,只带来三个座位;旧桌子原来朝外的一边也被挡住,减少一个座位。因此净增加的是三减一。
从猜想走到一般理由
表格让人猜到“每次增加二”,但四个例子不能替以后所有情况作保证。一般理由来自摆法:沿同一端接上新桌子时,每次都恰好形成一个新接触处,因此上面的增减过程可以一直重复。
第一张有四个座位,接下来添加的桌子有 张,而不是 张。于是:
代入八张,得到 人。再用一张桌子检查,公式给出四人,也保留了起点。
还有一个从整排检查的办法:先把所有桌子看成分开的,共有 个座位;直排有 个接触处,每处取消两个座位。因此 ,与逐张增加相符。
真正需要保留的条件
“观察、比较、归纳”在这里是先把规模缩小,找相邻变化,再解释造成变化的结构。若改成两排或形成额外接触,座位数就不能直接照套;要重新数接触处。规律依赖的是接触关系,并非“凡是桌子都用这个公式”。
换个外形,关系还在吗?
用 6 块同样大的正方形纸片拼一条折弯的、不闭合的路径。每块新纸片只与上一块重合一整条边,纸片互不重叠,不相邻的纸片之间没有边接触。在所有没有共用的边上铺火柴,每根恰好盖一条纸片边,需要几根?先说明折弯有没有改变决定数量的关系。
展开核对思路与答案
需要 14 根。虽然外形折弯,仍只有 5 个共边处;每个共边处的两条边都不用铺火柴。因此所需根数是 。故事从座位变为火柴,保留下来的是“每个接触处消去两条需要计数的边”。若另有边接触,必须再扣除。