打破思维定势:独具匠心的“填数游戏”
2018-05-07 10:01:38
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       原来以为这不过是一个普通的、常见的“填数游戏”,题目很简单,甚至只有一幅图,本来不需要任何文字说明:

       不过,原题目还是多了一行文字,——“请在图中的四个空格中填上适当的数字,使等式成立”。

       听朋友说,这是一个最近在网上流传很广的游戏,由于起点很低,几乎每个人都感觉胜券在握,很多人便乐此不彼。应朋友之邀,我也试着玩了一下,这一玩,才发现问题并不是原来所想象的那么简单!

       一般来说,这种面对大众的“填数游戏”,数学“含金量”不高,十有八九都可以采用“试凑法”解决,——也就是一组数字、一组数字地去“试一试、拼一拼、凑一凑”,说不定试了几次、十几次、大不了几十次之后,“碰巧”便“凑”出来了!但要说完全靠运气,也不尽然,那些对数字比较敏感的、或者“填数游戏”经验比较丰富的人,往往比较得心应手。

       就拿这个“填数游戏”来说,容易看出:所填四个数不会超过10,也不会小于3;再者,左上角那个数字与右下角那个数字应该相同;更进一步,左上角与右下角那个数字是最最关键的数字,这个数字一旦确定,其余的两个数字实际上也就跟着确定了(请想一想:是不是?为什么?)。于是乎,四个数字的“填数游戏”,一下子就变成了一个只需要填一个数字的“填数游戏”。

       那还不简单!?从3到10(其实只需要从3到6,想想为什么?),无非是3、4、5、6、……,一个个“试”不就得了!?

       比如说:左上角填3,则右上角就只能填5;而右下角当然也填3,左下角就只能填9;这样一来,第一行、第二行与第二列的三个算式都满足,唯独第一列的那个算式不满足(3+9=12而不是13)。

       那就再试呗!左上角填4如何?……,如此继续下去,“试误”的次数不会超过8次(实际上不会超过4次),读者不妨试试。

       试来试去,你就会发现,居然没有一组数字能够同时满足图中的四个算式(实际上只三个算式)!难道说,这个问题“无解”?——也就是不存在任何一组数字能够同时满足图中四个算式?!这恰恰就是这个“填数游戏”的独具匠心之处。通常这种“填数游戏”,所填数字在绝大多数情况下都是整数,所以,绝大多数人也都养成了一种思维定势,——遇到“填数游戏”,便习惯于在整数范围内去寻找解答;今天这个“填数游戏”,却偏偏就在整数范围内“无解”!

       然而,原问题并没有说“只限于整数”呀!为什么我们非要把自己局限在整数范围内求解呢?只要打破这个限制,有三个需要填写的“未知数”,又有三个需要满足的等式(数学上称“相互独立的条件”),按照数学方程的有关理论,必定是“有解”的。只不过,这个“解”不再是整数了,“试凑法”也不合适了,我们需要一点初中数学解方程组的知识。

       为了叙述方便起见,我们把图中需要填数的四个空格,从左上角开始,按照顺时针方向,依次称为第1格、第2格、第3格、第4格。

       第1格与第3格中的数字相同,将其同设为X;第2格中的数字设为y,第4格中的数字设为z:

       用字母表示“未知数”之后,(需要满足的)三个等式就可以表示成三个方程,它们组成一个方程组:

       将方程组中的(2)式与(3)式两式相加,(2)式中的“-x”与(3)式中的“x”相消,就得2z=19,于是得z=9.5;

       将z=9.5代回(3)式,又得x=3.5;

       将x=3.5代回(1)式,得y=4.5;

       x=3.5,y=4.5,z=9.5就是方程组唯一的一组解,也是原问题唯一的一个答案。

       换句话说,我们只需要在第1格、第2格、第3格与第4格四个空格中分别填入3.5、4.5、3.5与9.5,就可以了。


 
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