50个趣味游戏玩转数学 50个趣味游戏玩转数学(一)

1.游戏学数学:五个王后的游戏

  这是两人玩的游戏。在棋盘上随意摆几个王后,例如图中有5个王后。两人轮流移动王后。移动的方式如下:

  (1)取走王后。

  (2)以下列方式移动王后,步数不限。

  ①向下移动;

  ②向左移动;

  ③沿对角线向左下方移动。

  如果移动后,两个王后位于同一方格,则两者都会被取走。取走最后一个王后的人赢。

  解答与分析

  这个游戏在有限的移动步数之后一定会结束,因为王后不能倒退,而且每次移动之后活动的空间就更小。这不是个容易分析的游戏。

  这个游戏也可以改成最后取走王后的人输。
2.游戏学数学:平分苹果酒一位农夫和他的朋友合买了一桶8加仑装的苹果酒(1加仑=4.5461升)。他们想平分这些苹果酒,但却只有一个5加仑和一个3加仑的容器。他们该如何平分?

  解答与分析

  将3个容器依其容量简记为8、5、3。

  由8倒满5。由5倒满3,5中还留有2加仑酒。将3倒入8。

  由5倒2加仑酒入3。由8倒满5。

  由5倒入3,直到3满,此时5中还留有4加仑酒。

  将3倒入8,这样8中也有4加仑酒。
3.游戏学数学:运送汽油的证明

  一座现代化的大都市建有环形的道路网和连接道路的系统,如图所示。在每一条道路的交叉口,汽油公司都设有一个加油站。

运送汽油的证明  请证明油罐车的司机在离开贮油库之后,可以沿路到每一个加油站运送汽油,而不重复经过任何一个加油站再回到贮油库。
4.六年级奥数:楔而不舍的青蛙

  一只青蛙在找水喝时不慎落入30尺深的井里。它为了爬出水井,每天白天奋力往上爬3尺,但是到了晚上却会向下滑落2尺。几天之后这只青蛙才能爬出这口井?

  解答

  青蛙需要28天才能爬出井口。
5.游戏学数学:关于硬币的魔术将8枚硬币排成如图所示的正方形,每边3枚硬币。

  试移动4枚硬币,使它变成一个每边有4枚硬币的正方形。

关于硬币的魔术

  解答与分析

  把每一边中间的硬币依序放在位于角落的硬币上,这样就可以得到一个正方形,在它的4个顶点上各有两枚叠在一起的硬币,因此每边有4枚硬币。知道答案就觉得很简单!
6.游戏学数学:三维立体问题 我们通常都可以从二维的图画中看出所要表现的三维物体,识图与绘图的训练,可以培养我们的空间观念。然而,就像这里所示的一些图画,二维的图画也可以在视觉上创造出不可能的事物。在第一张图中,到底是2根还是3根木栓?阶梯是否可以自己相连?你是否能用3根木条做出图上的三角形?

  关于视觉的认知,可能心理学家要比数学家研究得更多一些,但数学家也经常使用二维图形作为思考空间问题的参考,因此必须对二维图形的缺点有所了解。

  荷兰艺术家埃舍尔(M.C.Escher)在绘画上运用视错觉的原理,创造出许多不可能的世界。你可以参阅《埃舍尔绘画作品》(The Graphic Work of M.C.Escher)一书中的一些图画。

  注意并收集那些会欺骗你眼睛的图画。

三维立体问题 7.游戏学数学:可以扭转的四面体环

  图1中两个有趣的模型是由四面体构成的环,可以像烟圈一样反复扭转。环中两个相邻的四面体是靠一条棱彼此相连,其作用就像是绞链。任何一个四面体,如图2中的ABCD,在环中都是以其相对的两条棱,如AB和CD,与两边相邻者连接。就是这种构造使它具有可以扭转的性质。

  我们可以先做出许多全等的四面体,然后再用胶带纸将它们连接起来,或者用由两排三角形构成的单一展开图做出模型。

  图3是由6个四面体构成的环体展开图。它由24个完全相同的等腰三角形组成,每4个三角形组成一个四面体。第一次制作时,先将各画斜线的粘合片仔细编号,以确定粘合位置,并在每一条线上刻出印痕,实线表示往上折,虚线表示往下折。开始粘合时,最好是先粘中间带状的三角形,如图中阴影d到d的部分,这些三角形会折叠成四面体。完成这个部分之后,其他的四面体就很容易折叠定位。粘合环的两端比较棘手,如果你的模型尺寸较小的话,会更困难,此时有必要请人帮忙。标示i的两个三角形必须完全重合,以增加接合的强度。

  可以在完成后的四面体环上着色,或是粘贴彩色纸形成某种图案,使之更加美观。

  图4是由8个及10个四面体构成的环的展开图。这次所用的三角形都是等边三角形,因此你在放大尺寸时,应该不会有太大的困难。

  解答与分析

  这里所描述的四面体环,以及其他的类似环体,最早是由安德鲁斯(J.M.Andrews)和史托克(R.M.Stalker)所发现的。

  文中由6个四面体组成的环体,是以等腰三角形作为四面体的一个面,因为如果是等边三角形,则不易扭转。不过,只要环体是由8个或更多四面体所构成,那么即使是正四面体,也可以扭转。稍加研究展开图,应该可以看出任何数目的四面体都可以组成环体。
8.六年级奥数:工业革命的动力源在工业革命时期,蒸汽动力以及许多复杂机器的发展,使得如何将圆周运动转换成直线运动成为工程师的重要课题。因此,当时的工程师及数学家无不绞尽脑汁,想解决这个实际问题。许多人都提出了不同的解决方法,不过,其中最为人熟知的,应该是由一位名叫波塞里亚(Peaucellier)的法国陆军军官,在1864年提出的一种方法。

  他用4根等长的杆子连成菱形的连杆(如图 1中的 AQBP),再把两根长度相同而较长的杆子,分别连接在菱形连杆相对的两个顶点和一个固定点O。这种连杆机制的特点,就是当P被限制在以O为圆心的圆周上运动时, Q会沿直线运动。在图 1中,P点被连接在一根可以绕着固定点C旋转的杆子上,其中C到O的距离与CP的长度相等。

  本书不准备讨论要如何证明这样的机制能产生直线运动,但要想了解这种装置,以及由其所发展出的其他装置,最好的方法就是实际做出模型。可以用厚纸板做成长条,配上图钉制作模型。

  理论上,波塞里亚的方法可以产生出一条绝对的直线,但由于接点多少会有些松动,因此它经常会偏离原定的路径。然而,罗勃兹(Roberts)在1860年提出的是另一种方法,该方法可以相当精确地产生直线运动,而且也更为实用。

  他用一片三角形的金属板BCP,使AB和CD两根杆子与固定点A和D相连(图2)。

  AB=BP=DC=CP且 AD=2BC

  当P在A和D之间运动时,其运动路径会是一条直线。但是当P移动到AD之外时,就会偏离直线,而且当AB和CD交叉时,BPC会在BC之上。同样,也请你用纸板制作这一模型。

  图3是第三种方法。这是一个圆形的滚轮,在直径为其两倍大的圆中沿着圆周滚动。在滚轮圆周上的任何一点(如图中的P点)会沿着大圆的直径(AB)移动。当滚轮由位置1逆时针方向滚动时,P点朝向B点移动;当滚轮上的P点与大圆接触时,P就与B重合;然后P开始移向A。

  这个模型可以用厚纸板很容易地做出来。

  滚轮上的弦MN(图4),在滚动的过程中会产生怎样的现象?

  一百多年来,科尼什水平动力机(Comish beam engine)一直是用途广泛的动力机械(图5)。令人印象最深刻的,就是它那铸铁制成的巨大横梁在缓缓地上下摆动。

  当横梁上下摆动时,端点A沿着圆弧运动,因此它无法与汽缸中的活塞杆保持直线关系。为了解决这个问题,可用一根连杆AB连接横梁和活塞杆。为了确保AB不将活塞杆往横向拉扯,于是又增加BC、CD和CE3根连杆, ABCD是平行四边形,而CB只比CE稍短。这种能确保B点作直线运动的连杆装置是瓦特发明的,他认为这是他最伟大的成就。
9.游戏学数学:抗拒地心引力的吊饰

  这组简单的吊饰,从某个角度来看,像是平行四边形,能在微风吹拂时轻轻摇晃(图1)。它是由4根吸管(越长越好)组合而成,只要吸管经过仔细的“配重”,当吊饰以各种不同构形摆动时,吸管仍能保持水平,看起来就像是能抗拒地心引力一般。用细针在吸管两端1/5处穿孔,再用细的棉线或钓鱼线把这些吸管依次串起,吸管的排列方式如图2所示。

  在w和X位置的棉线越短越好,只要吸管不互相接触就可以。再调整Y和Z位置的棉线,使各吸管放在平面上时彼此保持平行。

  由最上方的一根吸管的中心点吊起整组吊饰。如果没有经过配重,吊饰看起来会死气沉沉地垂挂着。然而,只要经过几次细心的试验,我们就可以在中间两根吸管最接近上面吸管的一端(如图中的黑色部分),塞入适当的重物以平衡整组吊饰,使得每一根吸管在空中都保持水平。可以使用钉子来配重,将钉子塞入吸管内并用大头针将它们固定。当快要达到平衡时,用增加或减少大头针数目的方法完成平衡。为了唬住你的朋友,在每一根吸管的末端都插上一些大头针,如此一来,别人就看不出你是如何抗拒地心引力的了!

  解答与分析

  制作这种吊饰是很有价值的活动,它可以使我们了解平行四边形与交叉四边形的关联,同时也能通过“配重”的过程了解力矩的概念。此外,当完成吊饰后,将它吊起来欣赏也是一件愉快的事。
10.游戏学数学:算术板球游戏这是一个两人玩的游戏,目的是练习估算答案的能力。

  由一人(击球手)出计算题,另一人(投手)估算答案,然后再计算出正确答案与估计值的差。这个差就是击球手的得分。

  在游戏进行之前应该视两人的能力规定适当的出题方式,使正确答案与估计值的差不会太离谱。例如,可以限制题目为两位数的相乘。在一局游戏中击球手出11道计算题,投手则尽可能估计出正确答案以减少击球手的分数。一局结束后,两人互换角色,累积得分最高者获胜。

  可以将题目和估计值整理如下,以便计算分数。

  题目   估计值   正确答案   得分

  23×47  1000    1081     81

50个趣味游戏玩转数学 50个趣味游戏玩转数学(一)

  38×57  2200    2166     34

  71×29  2100    2059     41

  86×94  8100    8084     16

  刚开始得分可能会是天文数字!但是随着估算技巧的进步,得分会逐渐降低,这也就是这个游戏所要引导产生的结果。

  这个游戏很有趣,现在就开始玩吧!

算术板球游戏

  解答与分析

  经验证明,这个游戏能得到不同程度参与者的喜爱。在英国和澳大利亚,这种测验比赛正逐渐流行。

  这个游戏不但能提高投手的估算能力,对培养击球手的估算能力也有帮助,因为他必须设计出他认为难以估算的算式,而且在游戏过程中他也会自行估算。

  这个游戏还可以有另一种玩法。将所有算式写在一叠卡片上,击球手轮流从其中抽出11张卡片。可以依照参赛者的不同程度做出难易不同的卡片,这样程度较低的人也可以和程度较高的人比赛,而且还有机会获胜呢!

  此外,也可以让两人或更多的人同时对某一个算式进行估算,累积误差最小的人获胜。

  

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