数学趣题:难铺的磁砖
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故事适合年级:小学二年级【数学趣题:难铺的磁砖】趣味小故事:,布朗先生的院子里铺有40块四方瓷砖 。这些瓷砖已经破损老化,他想予以更新 。他为修整院子选购新的瓷砖 。可惜,目前商店里只供应长方形的瓷砖,每块等于原来的两块 。店主:"布朗先生,您需要几块?".布朗先生:"嗯,我要更换40块方瓷砖,所以我估计需要20块 。"
布朗先生试着用刚买的新瓷砖铺院子,结果弄得烦闷不堪 。不管他怎样努力,总是无法铺好 。
贝特西:"出了什么问题?爸爸?" 布朗先生:"这些该死的瓷砖,真叫人恼火 。最后总是剩下两个方格没法铺上瓷砖 。"
布朗先生的女儿画了一张院子的平面图,并且涂上了颜色,看上去好似一张棋盘 。然后她沉思了几分钟 。
贝特西:"啊哈!我看出症结的所在了 。请设想每块长方形瓷砖必定盖住一个红色的格子和一个白色的格子,问题就清楚了 。"
这里面有什么奥妙,你理解贝特西的意思吗?
共有19个白色的格子和21个红色的格子,所以铺了19块瓷砖后,总要剩下2个红格没有铺,而一块长方形瓷砖是无法盖住2个红格的 。唯一的办法是把最后一块长方形瓷砖断为两块 。
文章插图
布朗先生的女儿利用所谓"奇偶校验"解答了铺瓷砖问题 。如果两个数都是奇数或都是偶数,则称其为具有相同的奇偶性,如果一个数是奇数,另一个数是偶数,则称其具有相反的奇偶性 。在组合几何中,经常会遇到类似的情况 。
在这个问题中,同色的两个格子具有相同的奇偶性,异色的两个格子具有相反的奇偶性 。长方形瓷砖显然只能覆盖具有相反奇偶性的一对格子 。布朗小姐首先说明,把19块长方形瓷砖在院子内铺上后,只有在剩下的两个方格具有相反的奇偶性时,才能把最后一块长方形瓷砖铺上 。由于剩下的两个方格具有相同的奇偶性,因此无法铺上最后一块长方形瓷砖 。所以用20块长方形瓷砖来铺满院子是不可能的 。
数学中许多著名的不可能性的证明都建立在奇偶校验上 。也许你很熟悉欧几里德的著名证明:2的平方根不可能是一个有理数 。证明是这样进行的:首先假设此平方根可以表示成一个既约的有理分数,则分子和分母不可能都是偶数,否则它就不是一个既约分数 。分子,分母可能都是奇数或者一个是奇数,另一个是偶数 。欧几里德证明接着论证此分数不可能属于上述两种情况,换句话说,分子和分母不可能具有相同的奇偶性或相反的奇偶性 。而任何有理分数是两者必居其一,因而反证了2的平方根不可能是一个有理数 。
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