雞兔同籠問題是小學(xué)階段非常經(jīng)典的數(shù)學(xué)問題,可以這么說,所有的小學(xué)生都學(xué)習(xí)過或見識過雞兔同籠問題,而且有不少學(xué)生還為此吃盡了苦頭。為什么雞兔同籠問題在中國這么“流行”呢?因為這個問題本身就是我們中國人提出來的。 友情提示,本篇文章約6000字,全文閱讀約12分鐘。建議收藏起來,這篇文章讀后,孩子一定能搞定基礎(chǔ)的雞兔同籠問題。 我翻閱了一下中國古代的數(shù)學(xué)書籍《孫子算經(jīng)》,里面就有關(guān)于雞兔同籠問題的描述,在《孫子算經(jīng)》里,雞兔同籠問題被叫做雉兔同籠問題,原文是:今有雉、兔同籠,上有三十五頭,下有九十四足。問:雉、兔各幾何?翻譯一下就是:雞、兔在同一個籠子里,上面有35個頭,下面有94只腳。問:雞、兔各多少只? 為什么這道題這么經(jīng)典,竟然被收錄到《孫子算經(jīng)》里面,就是因為這里面涉及到兩種動物,兩種動物的腳數(shù)不相同,需要通過假設(shè)、利用想象來進行求解,非常有利于訓(xùn)練學(xué)生的思維能力。 實際上,雞兔同籠的解決方法非常多,我自己就總結(jié)了十幾種,當(dāng)然,大家不需要記住每種做法,事實上,有的做法也不見得是非常適合,只是用于拓展一下大家的思路,給出另類的解決方案,供大家學(xué)習(xí)參考。 下面我就把這些解法一一列出,快去找尋適合你的那種解題方法吧! 經(jīng)典解法一:先易后難列表法 先介紹一種最最基礎(chǔ)的做法,這種做法看起來比較“笨”,但是卻有它的優(yōu)點,具體的解決辦法就是一個一個的數(shù),一個一個地試。 首先列一個表格,在表格中可以看到,雞和兔子的腳數(shù)不同,所以,對于不同只數(shù)的雞和兔子,雖然它們的總數(shù)相等(都等于35只),但是腳數(shù)是變化的,我們將不同組合下的雞和兔子的腳數(shù)分別列出來,以表格的形式展示如下:
列表的時候,我們先假設(shè)雞有35只,那么兔子就只能是0只,這樣就算出了總的腳數(shù),然后將雞的只數(shù)遞減,兔子的只數(shù)遞增,依次計算出總的腳數(shù),最終能夠計算出當(dāng)雞有23只,兔子有12只時,總腳數(shù)等于94只,符合題目中的條件,進而得到最終的結(jié)果。 實際上,在填寫表格的時候,也不需要完全把所有的結(jié)果都計算出來,只需要填寫幾個空格,細(xì)心的同學(xué)通過觀察數(shù)字的變化規(guī)律,就可以很輕松的判斷出雞和兔子的只數(shù)了。 很多學(xué)生和家長對這種方法不屑一顧,覺得這種方法既笨拙又麻煩,我并不這么認(rèn)為,其實,對于小學(xué)低年級的學(xué)生而言,這種方法我倒是認(rèn)為是最值得推薦的方法,因為在制作表格的過程中,學(xué)生需要自主地去探索雞、兔在數(shù)量變化的時候,總腳數(shù)的變化特點,通過動手繪制以及用眼觀察,分析比較得出,由于兔子的腳比雞多兩只,所以當(dāng)雞數(shù)少1只,兔數(shù)多1只的時候,總腳數(shù)會增加2只的規(guī)律性認(rèn)識。而這正是培養(yǎng)學(xué)生探索精神,提升學(xué)生數(shù)學(xué)思維的重要途徑。 經(jīng)典解法二:靈機一動假設(shè)法 雞兔同籠的解法中,我個人最喜歡的同時也是最推薦學(xué)生使用的就是假設(shè)法,因為假設(shè)法幾乎能夠解決所有類型的雞兔同籠問題,即使題目進行了很大的改編和變形,假設(shè)法都能有效的對題目進行解析,當(dāng)然,對于一些變形的雞兔同籠問題,用假設(shè)法會比較燒腦。在實際應(yīng)用中,假設(shè)法幾乎是最經(jīng)典,最有效率的一種方法,學(xué)生運用假設(shè),將不同的情形(雞和兔子的腳數(shù)不同)轉(zhuǎn)化成相同的情形,有利于簡化問題,理清思路。 雞兔同籠問題的難點就在于每只雞和每只兔子的腳數(shù)是不同的,這是問題的難點,但也是解決問題的關(guān)鍵點或者說是突破口,假設(shè)雞和兔子的腳數(shù)相同,那么,題目就會大大簡化,將復(fù)雜問題簡單化,是解決數(shù)學(xué)問題的常見思路。 假設(shè)一:所有兔子都站起來,藏起2只腳。這樣的話,每只雞和每只兔子的腳數(shù)就相等了,都是2只,在這種情況下,一共有35個頭,也就是說一共有35只動物,每個動物有2只腳,那么總的腳數(shù)=35×2=70只,這比題目給出的94只腳少了24只,想一想為什么少了?因為每只兔子都站了起來,收起了2只腳,一只兔子少2只腳,一共少了24只腳,所以一共有24÷2=12只兔子,再用35-12=23就是雞的數(shù)量。 假設(shè)二:我們也可以把雞假設(shè)成兔子,此時,所有雞增加2只腳。這樣的話,每只雞和每只兔子的腳數(shù)就相等了,(都是4只),在這種情況下,一共有35個頭,也就是說一共有35只動物,每個動物有4只腳,那么總的腳數(shù)=35×4=140只,這比題目給出的94只腳多了46只,想一想為什么這次腳又多了呢?因為每只雞都多了2只腳,一只雞多2只腳,一共多了46只腳,所以一共有46÷2=23只雞,再用35-23=12就是兔子的數(shù)量。 實際上,假設(shè)法不僅能做出經(jīng)典的雞兔同籠問題,對于一些雞兔同籠變形題,包括分組法解決的雞兔同籠問題,都能很好地解決,大家要不斷地用假設(shè)法去嘗試解決這類問題。 經(jīng)典解法三:公平交換代換法 實際上,我們還可以用一二年級時學(xué)到的變量代換的方法求解雞兔同籠問題。用紅圓圈代表雞,用藍(lán)圓圈代表兔子。根據(jù)題意,我們可以列出下面的算式: 這種方法也是我非常推薦的,因為這種方法雖然只是用到了一二年級的知識,但實質(zhì)上卻是方程思想的初步應(yīng)用,是設(shè)未知數(shù)求解問題的雛形,在這道題中,我們分別用紅圈和藍(lán)圈代表雞和兔子,本質(zhì)上就是一種數(shù)學(xué)抽象,對提升學(xué)生的分析歸納問題能力有非常好的作用和效果。 當(dāng)然,這種做法對四年級以下的學(xué)生來說,聽是能聽懂的,但讓他們再做一次恐怕有些難度,因為這種做法的實質(zhì)是方程解法,只不過用符號代替了x、y,對低年級的學(xué)生來說是有一定難度的。 我比較建議家長用這種方法嘗試給孩子講一下,看看孩子的反應(yīng),也看看孩子在今后遇到雞兔同籠問題時,會采用哪一種方法,可以據(jù)此做一個對孩子理解力的初步判斷,如果他仍然愿意并能夠使用這種方法解決雞兔同籠問題,那我覺得是可以提前給他講講方程的。 經(jīng)典解法四:一目了然圖形法 雞兔同籠問題當(dāng)然還可以采用圖形的方法來解決,比如,下面我先用線段表示雞和兔,藍(lán)色的線段代表雞的只數(shù),紅色線段代表兔的只數(shù)。 ? 我們知道,一只雞2只腳,一只兔子4只腳,我們在上圖的基礎(chǔ)上,向外拓展一下,形成下面的圖形。 ? 可見,藍(lán)色區(qū)域的面積等于雞×2,即雞的腳數(shù),紅色區(qū)域的面積等于兔×4,即兔子的腳數(shù)。 這里邊有一個條件我們不要忽略了,那就是雞和兔子的數(shù)量一共是35只。這樣我們就可以構(gòu)建出下面的圖形。 ? 從上圖中可以計算出35×4=140,是整個圖形的面積,從上面的分析中可以知道,多出來的陰影部分面積應(yīng)該等于140-94=46,而這個長方形的寬=4-2=2,那么長就應(yīng)該等于46÷2=23,也就是雞的數(shù)量,進而我們可以得出兔子的數(shù)量是35-23=12只。 這種方法也是我比較推薦的,并不是說它計算得有多么快,多么便捷,而是說這種方法為我們拓寬了求解雞兔同籠問題的視野,使我們從呆板單一的數(shù)字運算中,愉快地過渡到圖形的世界之中,對于啟發(fā)學(xué)生的數(shù)形結(jié)合思想,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力非常有幫助。 說到這里我要提醒一下家長,我用面積的方法來講,家長們應(yīng)該能看懂,但實際上,三年級的學(xué)生,如果按照課本的知識點講解進度來說,這種方法可能是他聽不懂的,當(dāng)然,也有部分學(xué)生能聽懂。 這種方法的表現(xiàn)是數(shù)形結(jié)合,實質(zhì)是面積概念中的這個“積”的應(yīng)用,所謂的積就是兩個數(shù)相乘,從算式來看,就是35×4,從圖形來看,就是長35,寬4的一個長方形的圖形面積,顯然,我們可以用圖形的面積來代表兩個數(shù)的乘積,這種思路會不會啟發(fā)學(xué)生去解決行程問題,濃度問題,工程問題呢? 經(jīng)典解法五:簡單粗暴設(shè)x 設(shè)雞有x只,因為雞和兔子一共有35只,那么兔子就有35-x只,根據(jù)題意,一只雞2只腳,所以雞的腳數(shù)是2x只,一只兔子4只腳,所以兔子的腳數(shù)是4×(35-x),我們知道總腳數(shù)是94只,所以可以列出下面的算式: 2x+(35-x)×4=94,解出x=23,即雞有23只,所以兔子是12只。 對于高年級的學(xué)生,我是非常推薦用這種方法解題的,可以這么說,對于高年級的學(xué)生,設(shè)未知數(shù)的方法是首選的方法。因為設(shè)未知數(shù)列方程的方法既是最快的又是最簡潔的,長期運用方程思想求解實際問題,對于提升學(xué)生的問題抽象能力有非常大的幫助。不過對于低年級的學(xué)生,我還是覺得應(yīng)該慎重地向他們講述此種方法,因為過早的學(xué)習(xí)方程解法,一方面對于低年級的學(xué)生來說,他們的認(rèn)知水平有限,會造成他們的認(rèn)知困擾,就像上面介紹的等量代換的方法一樣,孩子能聽懂,但自己動手做不出來。另一方面,如果他們能夠理解并熟練掌握此種方法,一定會放棄其他的方法,這對于培養(yǎng)他們的探索能力、數(shù)形結(jié)合能力、分析歸納能力來說,簡直就是個災(zāi)難! 經(jīng)典接法六:二元一次方程組 好吧,我承認(rèn)用二元一次方程組來解雞兔同籠問題有點兒小題大做了,但這確實也是一種比較好的方法。 設(shè)雞有x只,兔子有y只,那么根據(jù)題意,我們可以列出下面的方程組: x+y=35 ① 2x+4y=94 ② 把第一個式子左右都乘以2,得到2x+2y=70 ③ 再用②-③,得到2y=24,進而求得y=12,即兔子有12只,雞有35-12=23只。 這種方法確實是簡單粗暴,但問題是很多學(xué)生掌握不了,確實有他的局限性,對學(xué)有余力的學(xué)生,理解能力較強的學(xué)生,可以嘗試講這種方法。 經(jīng)典解法七:圖解法求解二元一次方程組 剛才提到了可以用二元一次方程組求解這類雞兔同籠問題,很多同學(xué)可能會感到比較陌生,這里,我再介紹一種用作圖的方法,解決二元一次方程組,看看同學(xué)們是否能夠理解。 同樣還是設(shè)雞有x只,兔子有y只,那么根據(jù)題意,我們可以列出下面的方程組: x+y=35 ① 2x+4y=94 ② 到這一步我們要開始變形了,用②÷①,得到 也就是平均每只動物有 只腳。 從圖中課件,矩形ABMP是雞兔的總腳數(shù)94,與矩形ACDE(雞的腳數(shù))和矩形CBFG(兔的腳數(shù))的和相等,那么,矩形PQDE的面積就應(yīng)該等于矩形GFMQ的面積。 這樣,就有 即 所以 結(jié)合 得到 嚴(yán)格上說,這里的 孕育著混合物加權(quán)平均的思想! 經(jīng)典解法八:可愛乖萌的金雞獨立法 一只雞2只腳,一只兔子4只腳,我們讓它們的腳數(shù)都減少一半,也就是讓雞單腳著地,來一個金雞獨立,讓兔子前肢收齊,兩個后腿撐地,像下圖那樣。 ? ? 這時,它們總的腳數(shù)應(yīng)該是最初時的一半,即94÷2=47只。我們注意觀察一下,此時,一只雞有1只腳,頭腳是一一對應(yīng)的,一只兔子有2只腳,每只兔子的腳數(shù)比頭數(shù)多1個。現(xiàn)在的情況是一共35個頭,46只腳,雞是頭腳一一對應(yīng)是不多的,那么多出來的腳都是兔子的,所以有兔子47-35=12只,知道了兔子的只數(shù),很容易就算出雞的只數(shù)是23只了。 這種方法從表面上看和假設(shè)法十分相似,但如果你仔細(xì)分析后就會發(fā)現(xiàn),這種方法的妙處在于通過金雞獨立,雞的頭數(shù)和腳數(shù)一一對應(yīng)了,一個頭對應(yīng)一只腳,那么多出來的腳就是兔子的了。因此,這種方法告訴我們一種解題思路:將其中一個動物的頭腳數(shù)做到一比一,這樣,總腳數(shù)與總頭數(shù)之差就是另一個動物的腳數(shù)與頭數(shù)之差,在這種情況下,問題得到了簡化,直接可以算出另一個動物的只數(shù)。 經(jīng)典解法九:滑稽搞笑的吹哨法 聽口令:抬起一只腳!這時,雞展示了它金雞獨立的功夫,兔子則躡手躡腳地抬起了一只腳。 ? 此時,每個動物都少了一只腳,一共有35個動物,就是少了35只腳,現(xiàn)在的總腳數(shù)是94-35=59只。聽口令:再抬起一只腳!這時,雞整個蹲了下來,兔子則是兩只后腿著地,如圖所示: ? 此時,總腳數(shù)=59-35=24,注意觀察我們發(fā)現(xiàn),雞已經(jīng)沒有腳了,也就是說剩下的24只腳都是兔子的,我們看圖,現(xiàn)在的兔子有2只腳,一共24只腳,那么兔子就應(yīng)該有24÷2=12只,那么,雞就是35-12=23只。 對這種解法,我只能說I服了U。這種解法的妙處就在于通過兩次吹哨,把雞的腿變沒了,徹底把題目簡化成兔子的頭腳問題,這種思路非常值得大家學(xué)習(xí),如果孩子對雞兔同籠問題感興趣,我倒是建議家長可以嘗試給孩子講講這種方法,激發(fā)他們繼續(xù)探索解題方法的熱情。 這種方法和假設(shè)法是有區(qū)別的,實際上,和上面提到的金雞獨立法也有區(qū)別,請同學(xué)們認(rèn)真思考這三種方法的區(qū)別到底在什么地方。 經(jīng)典解法十:插翅難飛法 一只雞2只腳,一只兔子4只腳,但是雞會飛啊,來一個大鵬展翅。 ?這個時候我們再來看看,一只雞2腳2翅,也算是湊足了四肢了,這樣,35個動物,每個動物都是四肢,一共有35×4=140,比題目中的94只腳多了46,這46就是展開的翅膀,我們知道一只雞2只翅膀,所以46只翅膀就是46÷2=23只雞,兔子就是35-23=12只。 這種解法本質(zhì)上是假設(shè)法的一種變形,假設(shè)所有的動物都是兔子,都有四只腳(此方法認(rèn)為是2腳2翅膀),然后運用假設(shè)法把題目做出來。不過,這種方法和假設(shè)法不同之處,在于運用了圖形和想象,這樣,有助于學(xué)生更好地理解。和上面介紹的吹哨法有異曲同工之妙。 經(jīng)典解法十一:調(diào)轉(zhuǎn)乾坤平均法 出于對求解題目計算的簡化,我們把題目稍作修改,雞兔共有20個頭,共有50只腳。我們來看如何用平均法求解。 一只雞2只腳,一只兔子4只腳,那么它們混合在一起,平均一個動物的腳數(shù)應(yīng)該是大于2小于4的。從題目中我們可以看出,20個頭,50只腳,平均下來一個動物2.5只腳(這是什么怪物??。┪覀冇镁€來表示如下: ? 我們把一只雞2只腳,一只兔子4只腳也標(biāo)記在線上。 ? 從上圖中可以看出,一只兔子的腳數(shù)比平均數(shù)多了1.5只,一只雞的腳數(shù)比平均數(shù)少了0.5只,我們可以這么理解,一只兔子比平均數(shù)多出的1.5只腳,需要3只雞來“拉平”,即一只兔子配3只雞,可以配出2.5只腳的效果,這樣,我們把動物一共分成4份,雞占了3份,兔子占了1份。雞就是20×?=15只,兔子就是20×?=5只。 對于學(xué)有余力的同學(xué),極力推薦用這種方法思考雞兔同籠問題。因為這種方法把雞兔同籠問題和平均數(shù)問題聯(lián)系在一起,對于提高對平均數(shù)的理解大有好處。不過這種方法由于涉及到各項占比的情況,所以對題目中數(shù)字的要求較高,計算的時候需要格外注意。 這種方法我覺得至少要等到孩子四年級下學(xué)期才能講給孩子聽,否則,無論是平均數(shù)的理解,還是所謂的占比(比和比例都是五年級下或者六年級的內(nèi)容了),他聽起來都會很吃力,當(dāng)然,如果孩子很聰明,也有三年級的孩子能夠聽懂這種方法,甚至習(xí)慣于用這樣的方法來解題的。 經(jīng)典解法十二: 其實,這道題還可以這樣考慮,既然雞、兔的總頭數(shù)是35,如果能求出雞兔頭數(shù)之差,把問題轉(zhuǎn)化成和差問題,再利用和差公式就很容易算出兩種動物的只數(shù)了。 如下圖所示,設(shè)雞有x只,有2x只腳(藍(lán)色矩形),兔子有y只,有4y只腳(黃色矩形)。那么,兩個藍(lán)色矩形與兩個黃色矩形一起,拼成了一個大的正方形ABCD,中間則形成一個中空的矩形PQMN。 ? 矩形ABCD的面積是: 它等于兩個藍(lán)色矩形的面積加上兩個黃色矩形面積,再加上中間中空的白色矩形PQMN的面積。 因此,有: 則 再利用和差公式,很容易求出 我是優(yōu)博數(shù)學(xué),中科院理學(xué)博士,關(guān)注我?guī)Ыo你更多學(xué)習(xí)方法和解題思路方面的干貨內(nèi)容。 |
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