數學問題——正方形公園沿邊等距設燈的問題@長江水滔滔|PChome Online 個人新聞台
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2015-05-29 23:18:31| 人氣6,107| 回應0 | 上一篇 | 下一篇

數學問題——正方形公園沿邊等距設燈的問題

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最近數學課本上有一個題目:

在一塊周長1200公尺的正方形公園邊緣,每12公尺架設一盞路燈。請問
(1)總共能架設幾盞路燈?

(2)每邊架設幾盞路燈?

(3)如果四個角都不要路燈,請問總共剩幾盞路燈?

解:
我認為這個題目的寫法很粗糙,有些事情沒有說清楚,而且這個題目會因為數據的改變,而分裂出完全不同的題型。

首先,路燈架設的起始點,有說要在某一角上嗎?

應該要是,必須是。否則,如果一開始就不在角上,而是從某一點,那麼,幾乎在所有的情況下,方形邊緣的四個角上,本來就是都沒有路燈的。事實上,這一題,只有一開始從某一個角上開始設置的「特例」,才能確保四個角原本都有設燈。所以題目應該說清一句話——「從其中一個角開始,以順(逆)時針方向,依序設置......」。

第二,學生知不知道,這個問題能不能做、能做到什麼地步,跟它所給的數據有很大的關係?

面對這種問題,我們應該先留意有兩個重要的前提是不存在:第一個解題順利的前提是,1200公尺是不是12公尺的整數倍?因為如果不是,每12公尺設一盞路燈,是無法把1200公尺區隔成等寬的間隔的。如果1200公尺不是12公尺的整數倍,還必須進一步說清楚,到底是乾脆讓餘數小於12公尺,稱作「路燈的間隔不可超過12公尺,最少設幾個?」還是寧可少設一盞路燈,讓餘數大於12公尺,稱作「路燈的間隔必須在12公尺以上,最多設幾個?」。前面那種設想又有兩種設置方法:一種是保持讓大部分的路燈都以12公尺間隔為原則,只剩最後一段餘數,跟別的間隔不同(大於12公尺或小於12公尺),另一種是確定間隔總數後,將整個周長再次重新平分,讓每段間隔成為小數或分數公尺數的情形。

另一個必須留意的前提是:就算周長1200公尺已經確定是12公尺的整數倍了,還要知道,1200公尺平分成四段後,是否依然是12公尺的整數倍!這涉及到正方形周邊的四個角,是不是本來就各有一盞路燈。只有在周長平分成四等分後,依然是間隔寬度的整數倍的情況下,四個角才能剛好都有設路燈,否則如果不是每個角原本都有設燈,當第(3)小題問「四個角都不設燈」時,就不是「減去4盞」了!而且問題會變得比較複雜。

我們先回到這題,周長是1200公尺的情況:

(1)總共能架設幾盞路燈?
1200m÷12m=100(盞)

(2)每邊架設幾盞路燈?
1200m÷4÷12m+1(加1是因為路燈數頭尾都算的話,會比間隔數多1)
=300 m÷12m+1=26(盞)

(3)如果四個角都不要路燈,請問總共剩幾盞路燈?

(26-2)×4=24×4=96
或100-4=96(盞)

 

※延伸狀況一:周長是間隔的整數倍,但邊長不是間隔的整數倍,會發生什麼情形?

答:會平分出等長為12公尺的間隔,但有很多角就沒有路燈了,例如周長為600公尺時。(600帶有質因數3,以及3個2,顯然是12的倍數。不過600除以4,也就是去掉2的2後,只剩下一個2,就不再是12的倍數了。)

解:周長600公尺的正方形公園,每一邊的長度是
600m÷4=150m
第一邊的情況:
150m÷12m=12……6m(割成12個12公尺的間隔,第13個間隔預留6公尺給轉後湊出下一段12公尺)
12+1=13(共設了13盞路燈。想像先有燈,後有間隔,所以12個滿12公尺的間隔的前面都有一盞路燈,最後還有1盞沒有配對的也算)
第二邊的情況:
300m÷12m=25(不考慮轉角與一邊的餘數,以免使問題變得更複雜。如此可知前兩邊共割出了25個間隔,第二邊的尾端有路燈!)
25+1=26(頭尾都有路燈時,路燈數比間隔數多1)
26-13=13(這個形狀跟第一邊其實是對稱的,兩邊各13盞燈)
第三邊的情況:
餘數歸零,從頭架設:
150m÷12m=12……6m(割成12個12公尺的間隔,第13個間隔預留6公尺給轉後湊出下一段12公尺)
新增12盞(由於頭燈已經被算入第二邊的了,想像先有間隔才有燈,12個滿12公尺的間隔的前面都有一盞路燈)
第四邊的情況:
300m÷12m=25(第三與第四邊共割成25個12公尺的間隔剛好割完
25-1-12=12(25個間隔,頭燈不算,則每個間隔和前方的登配對,共25盞;但尾燈也不算,因為尾燈已記為第一邊的起頭燈,所以要減一;第三邊新設12盞燈,所以減去後,就是第四邊新增的燈數12盞)
整個公園的路燈數:(13+13+12+12=50)盞,第二角和第四角沒有燈,僅第一、第三角有燈。

註:第三邊和第四邊的情況與第一、二邊的形狀對稱,所以也可看作26盞燈,問題是這第三、四邊的「26盞燈」頭尾燈已和第一、二邊的頭尾燈重複,因此新增的數量只有(26-2=24)盞,四個邊設燈的總數為(26+24=50)盞,第二角和第四角沒有燈,僅第一、第三角有燈。

※延伸狀況二:周長連12間隔的整數倍都不是,但有沒有可能出現「四個角有某些角設了路燈」的情形?

答:還是有可能的,例如周長為400公尺時(400並不含質因數3,因此不可能是12的倍數),而只維持最後一個間隔不為12公尺的狀況。

解:周長400公尺的正方形公園,每一邊的長度是
400m÷4=100m

第一邊的情況:
100m÷12m=8……4m(割成8個12公尺的間隔,第9個間隔預留4公尺給轉後湊出下一段12公尺)
8+1=9(共設了9盞路燈。想像先有燈,後有間隔,所以8個滿12公尺的間隔的前面都有一盞路燈,最後還有1盞沒有配對的也算)

第二邊的情況:
200m÷12m=16……8m(不考慮轉角與一邊的餘數,以免使問題變得更複雜。如此可知前兩邊共割出了16個間隔,第17個間隔預留8公尺給轉後湊出下一段12公尺)
16+1=17
17-9=8(第二邊頭尾都沒有路燈,只有8個路燈)

第三邊的情況:
300m÷12m=25(不考慮轉角與第二邊的餘數,以免使問題變得更複雜。如此可知前三邊共割出了25個間隔,第三邊的尾端有路燈!)
25+1=26(頭尾都有路燈時,路燈數比間隔數多1)
26-9-8=9(第三邊頭沒有路燈,尾有,也就是第四角終於有燈)

第四邊的情況:
100m÷12m=8……4m(又重新進行等分除,有8個12公尺寬的間隔,第9個間隔只有4公尺)

這個式子的解讀,又依題目分為兩種:
  1. 最後一個間隔不能超過12公尺,最少幾個?
    8是最後一段新增的路燈數(餘數的4公尺要算一個間隔)。
    這8個滿12公尺寬的間隔,第一個間隔的「頭燈」已經算在第三邊了,所以將每個間隔和前進方向的一盞路燈配對,會配出8盞路燈。
    最後一個4公尺的間隔不用再配路燈,因為它的前方----出發點的路燈已經算在第一邊了),總共有(9+8+9+8=34)盞路燈;第二角、第三角無燈,僅第一角、第四角有燈。
  2. 最後一個間隔不能少於12公尺,最多幾個?
    8-1=7是最後一段新增的路燈數(餘數的4公尺不能算一個間隔,必須將最後一個12公尺的間隔,和它併成一個16公尺的較大間隔,只剩7個12公尺寬的間隔。)
    7個12公尺寬的間隔中,第一個間隔的「頭燈」已經算在第三邊了,所以將每個間隔和前進方向的一盞路燈配對,會配出7盞路燈,然後才進入那個16公尺的間隔,而不再增加路燈的架設)總共有(9+8+9+7=33)盞路燈;第二角、第三角無燈,僅第一角、第四角有燈。



從飛機上眺望我松江省阿城縣,民國一百零四年二月。(中共將它篡改為「黑龍江省哈爾濱市阿城區」)








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