小学奥数之“数线段”

小张三年级了,变聪明了,可以做一些基础的数学思维训练了。学校发的数学思维题挺好,我没有接受过奥数的训练,看了也受启发。数学的美,在于抽象的简洁和形式上的多样性。

  • 线段的定义

所谓线段,是两点之间的直线。两点之间,有且只有一条线段。

数线段的一切技巧,实际上都要回归到这个定义。当然,对于小朋友而言,小学低年级的奥数依然是以直观为主,没有必要从定义出发。

  • 数线段

先从最简单的开始。

数线段最直观的方法自然就是“数”。犹如上图,可以看到,一共有3条线段。

根据定义,两点之间,有且只有一条线段。因此第一个端点和另外两个端点,只能形成2条线段。同理,中间的端点,和剩余的1个端点,只能形成1条线段,因此,总共为3条线段。

四个端点的情况。

道理是一样的,第一个端点和剩下的3个端点之间,根据定义,共有3条线段。第二个端点和剩余的2个端点之间,形成2条线段。第三个端点和剩下的一个端点,形成1条线段。最后剩下1个端点,不能形成线段。因此总的线段数量为: 3+2+1=6

那么5个端点的情况呢?

到这一步,就不应该再“数”了,而是应该大概推理出来。端点1和剩余4个端点可以形成4条线段,端点2和剩余3个端点形成3条线段,以此类推,可得: 4+3+2+1=10 。共计10条线段。

小学奥数是不需要论证的,找到规律,能大致说得通就可以了。因此找线段可以简化为:

  • “数线段”问题的延伸1——角的数量

角的定义:角是同一个顶点的两条射线形成的。

如果之两条射线上再任取两点,则两点之间有且只有一条线段。角和线段是 1:1 的关系:

略复杂的情况下,角和线段的关系:

在三条射线上任取三个点,任意一个点和剩余两个点之间形成2条线段,剩余两点又形成1条线段,总计为 2+1=3 条线段,正好对应3个角。因此,角度问题,实际上可以转化为线段问题。

由于射线上的三个点是可以任取的,因此可以进一步简化为:

角的问题转回到了“数线段”的问题上了。显然,这里的线段数量为: 2+1=3 条,也是角的数量。

更复杂的情况:

到这一步,无论是线段还是角,都不需要再数了,可以直接得出: 4+3+2+1=10 条/个。

  • “数线段”的延伸2——数三角形

一个角和它的对边(线段),正好组成一个三角形。因此,角的数量,和三角形的数量,实际上是一个问题。

所以,数三角形,就是数角。而数角,就是数线段。

上图中,三角形的数量,就不需要再数了,为 5+4+3+2+1=15 个。

  • 数线段的延伸3——间隔问题

所谓的间隔问题,实质上是端点和线段的数量关系。

如图,端点一共5个,线段为4小段。端点和线段的不等同,就是间隔问题的“陷阱”所在。

这里的直线,在间隔问题中,可以是路,水渠,棍子之类。这里的端点,可以是种的白桦树,或者切割的地方,等等。

最直白的间隔问题,就是在路上种树。比如长50米的路上种白桦树,间隔5米,问要种多少棵树?关键在于理解 50div 5=1010 的意义是“线段”数量,而非“端点”(即白桦树)的数量。在直线上,端点的数量是线段数量+1,因此,需要种11棵白桦树。

种树问题是间隔问题的基础题目。在这个基础上,可以有很多变化,比如截断木棍的问题。截断木棍的问题,核心点在于,两个端点是不需要阶段的。再比如周长问题。周长问题的核心,在于首尾相连,首尾的两个端点合二为一,如下图:

数线段的问题之所以有趣,是因为从一个抽象的线段问题,可以演化出很多现实的复杂问题。从解题的角度看,则是将看似纷繁复杂的现实问题,提炼出抽象简介的“数线段”问题,这是真正的数学思维。

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