小學(xué)數(shù)學(xué) 數(shù)學(xué)故事 讓人煩惱的瓷磚 素材

1、讓人煩惱的瓷磚讓人煩惱的瓷磚 <>a.布朗先生的院子鋪了40塊方磚，這些磚已經(jīng)壞了，他想換新的。<>b.他選了一些新磚配他草坪上的擺設(shè)，不巧的是這些新磚是長方形的，每塊新磚要覆蓋兩塊舊磚。 店主：布朗先生，你想要多少？布朗先生；我要覆蓋40塊方磚。我想20塊就夠了。<>c.當(dāng)布朗先生用新磚鋪院子的時(shí)候，他失敗了，無論怎么干，這些磚都不合適。<>d.貝齊；爸爸，什么麻煩事？布朗先生：這些該死的磚不合適；最后總有兩塊蓋不上。<> e.布朗先生的女兒畫了院子的平面圖，并像棋盤一樣著了色，然后她研究了幾分鐘。<>

2、;f.貝齊：噢！我明白毛病出在哪兒了，當(dāng)你看到矩形磚應(yīng)當(dāng)覆蓋一個(gè)紅的和一個(gè)白的方磚，問題就顯露出來。這個(gè)圖是怎樣被借助來分析問題的？你明白貝齊的意思了嗎？<>g.有19塊白的方磚和21塊紅的方磚，當(dāng)19塊矩形磚鋪上以后，肯定有2個(gè)紅塊沒有蓋上。這是矩形磚無法鋪設(shè)的，除非將其一分為二。奇偶檢驗(yàn)布朗先生的女兒應(yīng)用所謂“奇偶檢驗(yàn)”解決了鋪磚問題。如果兩個(gè)數(shù)字都是奇數(shù)或都是偶敷，它們被稱為同奇偶：如果一個(gè)是奇數(shù)而另一個(gè)是偶數(shù)，則稱為相對奇偶。在組合幾何中也要經(jīng)常遇到相同的情況。在本問題中，兩塊同顏色是同奇偶，兩塊不同顏色是相對奇偶。顯然一塊矩形磚只覆蓋一對相對奇偶方磚。這個(gè)姑娘讓我們看到，

3、當(dāng)19塊矩形磚鋪上后，剩余的兩塊只有是相對奇偶才能被矩形磚覆蓋，由于剩下的兩塊必然是同奇偶，它們不能被矩形磚覆蓋。所以院子鋪矩形磚是不可能的。數(shù)學(xué)中許多不可能性證明也依賴奇偶檢驗(yàn)。你熟悉的著名歐幾里德證明；2的平方根不可能是有理數(shù)。這個(gè)證明的獲得首先假設(shè)根可以用最簡有理分式來表示，分子和分母不可能都是偶數(shù)，否則分式就不是最簡式。所以，它們只能是奇數(shù)，或一個(gè)是奇數(shù)、另一個(gè)是偶數(shù)。歐幾里德的證明顯示，這個(gè)分式二者都不是，既不都是奇數(shù)，又不相對奇偶。而每個(gè)有理分式都應(yīng)是二者之一，所以2的平方根不是有理數(shù)。假如不是應(yīng)用奇偶檢驗(yàn)，很難證明鋪磚的不可能性問題。這個(gè)問題尤其簡單是因?yàn)樗ㄔ诙嗝字Z（domi

4、no）骨牌中最簡單的一種polyomino（把一系列單位塊拼在一起），這個(gè)姑娘的不可能性證明可以適用于任何由單位塊構(gòu)成的矩陣中，當(dāng)矩陣被棋盤似地涂色后，一種顏色的單位塊比另一種顏色的至少多一塊。在我們的問題中，院子可以看做6X7的矩陣，缺了2個(gè)同顏色的塊。顯然，剩下的40塊木船由20塊“多米諾骨牌”覆蓋。一個(gè)有趣的相關(guān)問題是：如果移去的2塊是不同顏色的，20塊“多米諾骨牌”就可以檀蓋了嗎？奇偶檢驗(yàn)不能證明其不可能性，但這并不意味著可能性永遠(yuǎn)存在著。無疑要移動(dòng)一對對的不同顏色的塊來檢查每一種可能的模式，這要分析過多的可能情況。有沒有簡單的可能性證明呢？有。它簡潔，奇巧，是由Ralph.Gomor

5、y的靈感解決的。假設(shè)6X7長方形中有一個(gè)封閉路徑，一小格寬。見圖5.現(xiàn)在將路徑中任意兩個(gè)不同顏色的小塊移走，這將路徑分為兩部分，每部分都包括偶數(shù)個(gè)顏色相同的小格，很明顯這部分能被“多米諾骨脾”覆蓋，所以這個(gè)問題總是有解的。你或許很想應(yīng)用一下這個(gè)巧妙的證明于任意大小、形狀的矩陣且缺兩個(gè)以上的小塊?！颁伌u”理論是一種有趣的大面積的組合幾何，鋪設(shè)的區(qū)域可以是任意形狀的有限的或無限的，磚的形狀同樣也可以變化。問題中磚的形狀也可以不是同一形狀的，不可能性證明中經(jīng)常用兩種以上顏色標(biāo)記特定區(qū)域。三維多米諾骨牌是lX2X4的塊，用這種塊很容易裝一個(gè)4X4X4的盒子，但用這種塊能裝6X6X6的盒子嗎？這個(gè)問題也

6、用布朗先生庭院問題方式來解答。假如把這個(gè)立方體分為27個(gè)小立方體，每個(gè)是2X2X2，黑白相間的標(biāo)識(shí)這些2度立方體，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，一種顏色比另一顏色多8個(gè)立方體。不論一個(gè)塊用這種顏色的小塊怎樣堆積。它總是占據(jù)同樣數(shù)量的黑塊和白塊，但由于一種顏色的塊比另一種顏色的多8立方，不論前26塊怎樣放總要剩8立方同顏色塊，所以它們不能被第27塊覆蓋，若要通過詳盡檢查每種可能的拼裝方式來證明其不可能性將會(huì)是超乎尋常的困難。塊拼裝理論僅僅是三維空間堆積理論的一部分。在空間拼裝課題上，盡管有許多懸而未解的問題，但已有大量的論文產(chǎn)生。許多問題已應(yīng)用到商品的包裝及倉庫商品的貯存等等方面。奇偶性在核物理方面起著重要作用。1

7、957年兩名華裔美國物理學(xué)家獲得諾貝爾獎(jiǎng)就是由于他們的工作推翻了著名的“奇偶守恒定律。由于其太高的科技水平而不在此引入。但這里有一個(gè)簡單的硬幣小戲法，可以說明奇偶的守恒。在桌上扔一把硬幣，然后數(shù)一下呈現(xiàn)正面的硬幣數(shù)。若是偶數(shù)。我們說正面具有偶數(shù)性，若是奇數(shù)，我們說正面具有奇數(shù)性。然后翻轉(zhuǎn)一對硬幣，再一對，再一對，隨意選擇。你可以發(fā)現(xiàn)，不管翻轉(zhuǎn)多少對，正面的奇偶性是守恒的。如果開始是奇數(shù)，結(jié)束時(shí)還是奇數(shù)：如果開始時(shí)是偶數(shù)，結(jié)束時(shí)仍是偶數(shù)。這就是這個(gè)聰明的小魔術(shù)的基礎(chǔ)。你轉(zhuǎn)過身去，讓一個(gè)人隨意一對對翻轉(zhuǎn)硬幣，再讓他用手蓋上任何一個(gè)硬幣，你轉(zhuǎn)過來，看一下這些硬幣，就能準(zhǔn)確地告訴他手下的硬幣是正面還是反面。秘密就是最初數(shù)一下正面的數(shù)量并記下來。不管正面數(shù)是偶數(shù)還是