郜舒竹
问题:将六个数字:1,1,2,2,3,3排成一排,使得两个1之间有一个数字,两个2之间有两个数字,两个3之间有三个数字。
解决这个问题并不困难,可以采用枚举的方法,因为两个1之间有一个数字,这个数字只有2和3两种可能性。
如果两个1之间是2,就可以排出三个数字:121,这时左右两边只能是两个3,即排出了五个数字:31213,还剩下一个2,放在左右两侧都可以:231213、312132,这就是本题的两个答案。
如果两个1之间是3,排出三个数字为:131,这时在右侧只能排2,即1312,这样另一个2就无处可放了,说明两个1之间不能是3。所以本题的答案只能是:
231213和312132
一道题目做完了,我们可以想一想,还有没有类似的问题,如果把本题的六个数改为八个数:1,1,2,2,3,3,4,4,将这八个数排一排,使得两个几之间就有几个数。
用前面的方法不难作出答案为: 23421314和41312432。进一步再想一想如果最大数改为两个5的十个数怎样排出这样的十位数来,经过反复试验,怎么也排不出来。
这时我们的思路可以变化一下,不要一味地去想怎样排,也许对1,1,2,2,3,3,4,4,5,5这十个数来说,这样的排法根本就不存在,因此现在的思路应该是设法去说明这种排法不存在的道理。
我们采用填格的办法,将五个方格和五个圆圈相间地排成一排:
□○□○□○□○□○
对其中的偶数,比如2、2来说,无论怎样排,必然是一个放在□中,另一个放在○中,一共有两对偶数2、2和4、4,所以这四个数字就占据了两个□和两个○ ,还剩下三个□和三个○。
对一对奇数来说,无论怎样排,必然放在同样的格内,要么都是□,要么都是○。而现在还剩下三对奇数:1,1,3,3,5,5,如果两个1占据两个□,两个3占据两个○,剩下一个□ 和一个○,两个5就无处可填了。因此我们可以得出结论,对最大数为两个5的十个数来说,这样的排法是不存在的。
这样的排法有时存在,有时不存在,我们又要思考这样一个问题,对2n个数:
1,1,2,2,3,3,……,n,n
当n满足什么条件时,这样的排法存在,当n满足什么条件时,这样的排法不存在,我们还可以用前面填格的办法来解决这个问题,把n分为偶数和奇数两种情况分别讨论:
1.当n为偶数时
2.当n为奇数时
因此我们可以得出如下的结论:
对2n个数:1,1,2,2,3,3,……,n,n,当n为4的倍数或除以4余3的自然数时,这2n个数就可以排成一排,使得两个几个之间就有几个数。
例如,当n=7时,排法为:
73161345726425和52462754316137
当n=8时,排法为:
6274258643751318和8131573468524726
同学们可以自己去找一找 n=11和n=
12的排法。
通过前面问题的讨论,希望同学们注意两点:第一,做数学题不要“做完就完”,一道题目做完了,其实还有很多可以思考的内容,科学家的很多重大发明就是在类似于这样的思考中发现的;其二,当反复思考一个问题不得其解时,不要钻牛角尖,可以换一个思路,也许这个解根本就不存在,如果你把不存在的道理想出来,也算解决了这个问题。我们再来看下面一个问题:
如图1,圆周上顺次排列着1,2,3,…,12这十二个数,我们规定:相邻的四个数,比如2、3、4、5,顺序颠倒为5、4、3、2,就称为一次变换。问:能否经过有限次“变换”将十二个数的顺序变为如图2,并说明理由。
本题思考的思路应该是先集中精力想如果能做到,应该怎样做“变换”,实在找不到这种“变换”的方法,再来设法说明找不到的原因。事实上这种“变换”是存在的,我们可以用如下的八次“变换”完成。
第一次:(10,11,12,1)→( 1,12,11,10)
第二次:(12,11,10,2)→(2,10,11,12)
第三次:(10,11,12,3)→(3,12,11,10)
第四次:( 12,11,10,4)→(4,10,11,12)
第五次:( 10,11,12,5)→(5,12,11,10)
第六次:(12,11,10,6)→(6,10,11,12)
第七次:( 10,11,12,7)→(7,12,11,10)
第八次:( 12,11,10,8)→(8,10,11,12)
其中只把每次变化的数表示出来,同学们可以自己画出每次“变换”的图形。另外,请同学们想一想,如果圆圈上排列的是1~13,类似的变换是否存在。