从2018年12年级AMC美国数学竞赛的最后一道压轴题谈刷题

最近有学生家长希望我写点东西,说一说孩子学数学到底要不要刷题,因为即便在家庭内部,爸爸和妈妈可能都会有不同的看法:爸爸可能会要求孩子多刷题,多做题就会多出成绩;妈妈可能会心疼孩子,反对搞题海战术......

 

在国内经历过高考的我们,对于刷题的好处还是情有独钟的,古人云熟能生巧嘛!学数学要不要刷题,这是一个公说公有理婆说婆有理的话题,用语言文字来表述的话估计会有辩论赛,我还是用我熟悉的数学语言来阐述吧

 

一、今天的主菜

 

大家还记得AMC美国数学竞赛吧?

 

先来看看2018年12年级AMC美国数学竞赛的最后一道压轴题:

 

 

光看题目有点吓人,各位看官先花点时间好好理解一下题,我先说点题外话:像这样的竞赛题,如果想让孩子通过刷题刷到,恐怕是不太可能,因为这样的考试,每一题都是新题。如果考生在考试中碰到曾经刷过的题,估计可以直接回家买彩票了

 

二、先来点汤

 

主菜太难了,还是先上点好汤吧。

下面这道题是PIMS Elmacon数学竞赛 2005 Sprint Round Grade 5的第25题:

 

 

这道题估计所有的人都可以算出来,差别只是计算速度的快和慢。

 

使用一般刷题的方法可以把所有的3X3X3=27个数(因为百位有三种可能,十位有三种可能,个位有三种可能)都写出来,然后用竖式计算一个一个把它们全部加起来,最后得到14985,全部过程估计得花15分钟左右,当然得保证所有加法进位不出任何差错,才能拿到这一分。

 

有更快的方法吗?

 

当然得有。

 

必须得有。

 

不然整个考试就一个小时,一共26道题,抛去写答案的时间,每道题也就2分钟左右。

 

经过数学思维和方法训练的孩子不会着急马上下手做题,而是先观察和思考,寻找快速通道。

 

这道题有两个特点:

1.百位、十位、个位是对称的;

2.需要相加的数太多,硬算太慢,需要想办法把加法变成乘法;

 

根据自然数十进制的特征,任何一个自然数ABC=100xA+10xB+Cx1;

 

整个思维过程大概是这样:把这27个数分散成27x3=81个数,然后分成三类分别相加。

  1. x100的分类:固定百位为4以后,十位和个位还可以有3x3个变化(十位可以为4、5、6,个位也可以为4、5、6),因此4x100需要计算9次。百位为5、6同理。因此这一类的和为(4+5+6)x100x9;

  2. x10的分类:固定十位为4以后,百位和个位还可以有3x3个变化(百位可以为4、5、6,个位也可以为4、5、6),因此4x10需要计算9次。十位为5、6同理。因此这一类的和为(4+5+6)x10x9;

  3. x1的分类:固定个位为4以后,百位和十位还可以有3x3个变化(百位可以为4、5、6,十位也可以为4、5、6),因此4x1需要计算9次。个位为5、6同理。因此这一类的和为(4+5+6)x1x9;

     

把这三个分类的数写在一起,再利用乘法分配律合并成乘法表达式,最后得到:

 

最后的总和=(4+5+6)x(100+10+1)x9

=15x111x9

=1665x(10-1)

=16650-1665

=16650-1650-15

=15000-15=14985.

 

熟悉速心算的同学可以不用纸和笔,一分钟内就可以将整个思维和计算过程在大脑里完成,得出答案。

 

而那些仅仅把刷题当成学习任务的孩子,因为缺乏主动探索数学题背后隐藏秘密的精神,没有经历过绞尽脑汁而后苦尽甘来的洗礼,是无法体会到破解数学难题之后所带来的思维之美和方法之美的。

 

三、再上点凉菜

 

与上一题类似的数学题比比皆是,如果想通过刷题全部刷上一遍难于上青天哪,而且每道题都不会完全一样,例如滑铁卢2004年高斯数学竞赛八年级的第24题,属于8分难题:

 

 

 

 

解题方法上与上一题基本一样,即利用自然数十进制的特征:

 

任何一个自然数ABC=100xA+10xB+Cx1:

 

将数字写成如上形式后按照题意做一个减法,马上得到A-C=5,利用A、C都为自然数且不为0的特征,可以得到(C,A)共有四个配对,B有10个选择,利用乘法原理很容易得到答案40。

 

整个解答过程如下:

 

 

四、回到主菜

 

AMC的这道压轴题其实与上面两道题用到的知识点是一样的,即:

 

An

=10^(n-1)xa+...+100xa+10xa+a

=a(10^n-1)/9;

(需要利用等比数列求和公式)

 

类似可以得出Bn,Cn。

 

只需要把这三个式子按照题目条件列出等式,然后做一下线性方程的系数对比分析,再充分利用a,b,c都为非零正整数(这里其实为1-9)的条件可以很快得出a=6,b=8,c=4。

 

整个解答过程如下:

 

 

 

五、根在哪里

 

按照智能未来数学(Rootofmath.com)的观点,每一题都有一个根,这三个题的根其实都是自然数的十进制表达:

 

 

任何一个自然数

 

An...A3A2A1A0

=Anx10^n+...+A3x10^3+A2x10^2

+A1x10^1+A0x10^0.

 

无非就是年级高一点,需要的附属知识更多一点,例如主菜里面的题就需要用到等比数列的求和公式充分利用等式两边为整数两个知识点。

 

只要我们掌握了问题的根,任凭题目千变万化,我们只要顺根摸瓜

 

六、要不要刷题

 

通过上述三个问题的讲解,大家是不是已经看到了:

 

解数学题的关键是思维深度和根。

 

思维有深度最好的方法就是激发孩子的兴趣。有了兴趣,孩子思考问题才有深度,才能够主动去思考问题背后隐藏的规律,主动去寻找问题的根,主动去发现思维之美和方法之美,碰到具体问题时自然而然就会根据已经掌握的思维方法找到答案。

 

孩子一旦理解了问题的根,只需要通过做适量题来强化理解解决同根问题的方法,不用花大量时间去刷同质数学题;相反如果能够把这些时间省下来,用在对数学问题的探索和思考上,即便几天只做出来一道难题,这个独立思维过程对孩子的成长会更有帮助,在数学竞赛中也更能出成绩。

 

再回放一下智能未来数学倡导的数学教育金三角:

 

 

本文为智能未来数学(Rootofmath.com)原创,欢迎转发,转载请注明出处。