借助“面积法”巧解“鸡兔同笼”问题

  你知道怎么用“面积法”解决“鸡兔同笼”问题吗?“面积法”和“假设法”之间又有什么联系呢?怎样用“面积法”突破“鸡兔同笼”变式练习的难点呢?

  “鸡兔同笼”问题始见于我国古代的《孙子算经》。它的基本形式是,若干只鸡和兔子关在同一个笼子中,已知鸡和兔的总头数及鸡和兔的总腿数,就可以求出鸡和兔各有多少只。

  “鸡兔同笼”问题通常用的是“假设法”,在题1中我们就可以假设笼中都是兔,相当于每只鸡都增加2条腿,因此鸡的总只数是:(20×4-54)÷(4-2)=13(只);如果假设笼中都是鸡,类似地可以得到兔的总只数为:(54-20×2)÷(4-2)=7(只)。

一、“面积法”让“假设法”思维可视

  这样的“假设”完全是在思维中进行的,是抽象的思维过程。如果把这个问题与几何图形联系起来,或许可以使抽象的思维过程直观化。

  “鸡兔同笼”问题的基本数量关系是“总脚数=每只动物的脚数×只数”,而长方形面积公式也有类似的数量关系“长方形的面积=长×宽”,因此可以借助长方形来表示这个问题。用长方形的横线段表示动物的只数,竖线段表示每只动物的脚数,那么长方形的面积就表示相应动物的总脚数。见下图:

  图中,左边长方形的面积表示兔的总脚数,右边的长方形表示鸡的总脚数,两个长方形面积的和就是题中已知的54只脚。现在“鸡兔同笼”问题就与一个几何问题等价了。前面假设法得到的两个算式可以分别在下面两图中明显地看出来。

  图中的辅助线的添加来源于解决几何问题常用的“割补法”,这种方法让思考过程失去了“假设”的涵义。两种方法比较,得到的算式没有什么不一样,但二者的思考过程却有本质的差异,这种差异体现在“看得见”与“看不见”,也就是“抽象”与“直观”的对立。

二、“画图法”让“各技巧”一目了然

  在鸡兔同笼的解法中,还有很多有趣的解题思路和技巧,如“抬脚法”、“增头法”等。这些方法新颖巧妙、生动活泼,但不是所有学生能很快理解。不过用面积法来辅助解释,就能够一目了然,过目难忘。

  (一)鸡翅变足法

  想象将每只鸡的2只翅膀也算作鸡脚,那么鸡就变成了有4只脚的动物,同时还可以得出鸡翅的总数就等于原来鸡脚的总数。具体解法如下图:

  (二)兔子增头法

  想象每只兔又长出一个头出来,它就变成了2头4脚的怪物。然后将它劈开,变成“1头2脚”的“半兔”,相当于一只鸡,且“半兔”只数等于兔的只数。具体解法如下图:

  (三)鸡兔抬腿法

  鸡兔抬腿法就是要让笼子里面的鸡兔都抬起2条腿。 鸡没有脚碰到地面,兔子也少了2条腿碰到地面,那也就是说,笼子里的所有个体都少了2条腿,图中C部分指的是抬腿后消失的腿的总数。现在脚碰到地面的也只有兔子了,也就是图中剩余的蓝色部分。具体解法如下图:

三、“画图法”让“变式题”迎刃而解

  有些孩子对于“鸡兔同笼”问题的理解、分析和解决都比较顺利,但出现变式时,却不能很好地解决。究其原因,我们可以发现孩子们只知道套用公式,并没有很好地理解知识的本质。通过面积法,利用几何直观让思维可视化,能更好地帮助学生进行转化和理解。

2个对象的倒扣分问题

  在鸡兔同笼的变式题中,有一类学生错误率比较高的题目,那就是“倒扣分”问题。运用假设法解决的过程中,替换这一步是学生最容易出错的地方。在题2中,很多学生不理解替换背后的本质,把“10+4”,错写成“10-4”。

  运用面积法,就能较好地突破这个难点。我们用长方形A表示做对题所得总分,长方形B表示做错题所扣总分。在作图上,较前面几道题有所区别,将两个长方形进行上下错位摆放。添加辅助线形成长方形C,借用公共部分C进行计算,具体解法如下图:

3个对象的“鸡兔同笼”问题(1)

  在鸡兔同笼中的变式题中,除了含有2个对象的基础题,还有3个对象甚至以上的拓展题。这时就需要我们把多个对象进行恰当组合以转化成两个对象。

  题目中提到的蜻蜓和蝉是昆虫,都有6条腿,蜘蛛不是昆虫,有8条腿。蜘蛛没有翅膀,蜻蜓和蝉虽然都有翅膀,但是数目不同。 我们不妨从蜻蜓和蝉的共同点入手,因为都有6条腿,所以将二者看成一种小虫,起名叫“蜻蝉”,现在只剩下蜻蝉和蜘蛛了,就把3个对象通过组合转换成了2个对象。假设这18只小虫全是“蜻蝉”,这些蜻蝉的总腿数就是图中D部分,通过剩余蓝色部分可求得蜘蛛的只数,具体解法如下图:

  蝉和蜻蜓只数的求法可以从翅膀入手解决,和前面鸡兔同笼问题中两个对象的求法方法相似,这里不再赘述。

3个对象的“鸡兔同笼”问题(2)

  粗看这道题,很难入手。不像上一题中的蜻蜓和蝉,存在着脚数相等的关系。其实细读题目我们可以发现, 虽然是三个对象,但是其中两个对象存在着一定的等量关系,因此我们可以合并考虑:中号和小号的总价相等,中号的单价是小号的3倍,那么反过来小号的数量是中号的3倍。通过添加辅助线并进行分割,B上方的长方形和C上方3个长方形的宽都等,这样我们就简化了问题,具体解法如下图:

  数无形时少直觉,形少数时难入微;数形结合百般好,隔离分家万事休。数学知识点之间,往往有着我们想不到的联系,找到它们,并巧妙利用它们,就能解决我们遇到的许多问题,会使我们的学习生活充满无穷乐趣,睁大眼睛去发现吧!

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