初一数学上册课本活动与探究中有一翻牌游戏,我问了许多学生,都不知道其中的数学道理。下面就这一问题探讨一下。
题目:桌面上有9张扑克牌,7张正面朝上,2张反面朝上,每次翻动其中任意2张牌,包括已翻过的,如此操作,能否使所有的牌反面都朝上?
事实上不论你翻了多少次,都不能使所有的牌都反面朝上。那么其中蕴含着什么数学道理呢?
当我们试图解释这个问题时,又感觉到不知从何说起。
我们还记得有理数的乘法法则:几个不为0的数相乘,积的符号是由负因数的个数决定的,当负因数的个数为偶数个时,积为正,当负因数的个数为奇数个时,积为负。
我们试试用这一法则来解释这一问题。
在这一问题中,我们关注的是扑克牌的状态,无需关注扑克牌其他问题。
我们设扑克牌正面朝上的用1表示,反面朝上的用负1表示,这样9张克牌开始的状态可以表示为9个数相乘,其积为1。
1x1x1x1x1x1x1x(-1)x(-1)=1,
1和-1分别表示牌的正面和反面状态。通过不断翻动其中的两张牌,也就是改变这个算式中,任意两个数的符号,使整个算式变成9个负1相乘,才能使所有的牌都反面朝上。
由翻牌问题变成了数学模型问题,任意改变其中两个数的符号,负因数的个数总是偶数个,整个算式的积总是为1,永远得不到负1,所以无论翻多少次,都不能使所有的牌都反面朝上。
这一翻牌游戏问题我们还可以拓展一下。把9张变成7张牌,开始全部正面朝上,每次翻动其中任意2张牌,包括已翻过的,翻动多少次才能使所有人的牌都反面朝上?
解法同上。正面朝上用1表示,反面朝上用负1表示,开始时算式为1x1x1x1x1x1x1=1,使所有的牌都反面朝上,就是使这一算式变成7个负1连乘,积为负1,每次改变其中两数的符号,负因数个数总是偶数个,这7个数连乘总是1,永远得不到负1。
无论翻多少次,都不能使所有的牌都反面朝上。
如果将7张牌变成6张牌,6张牌都正面朝上,每次翻动其中2张牌,包括已经翻过的,翻动若干次后,能使所有的牌都反面朝上?
设用1表示正面朝上,-1表示反面朝上,开始时为1x1x1x1x1x1=1,每次改变其中两个数符号,能变成6个-1连乘,所以能使所有的牌都反面朝上。
通过翻牌游戏告诉我们,生活中处处是数学,要学会将实际问题转化为数学问题,建立数学模型,从而解决问题。