七桥问题数学思想(七桥问题怎么走答案)
导语:从七桥问题到数学思维
柯尼斯堡
柯尼斯堡上的七座桥
这个问题是基于一个现实生活中的事例:当时东普鲁士柯尼斯堡(今日俄罗斯加里宁格勒)市区跨普列戈利亚河两岸,河中心有两个小岛。小岛与河的两岸有七条桥连接。
在所有桥都只能走一遍的前提下,如何才能把这个地方所有的桥都走遍?
这也就是现俗称得一笔画问题。
一笔画问题
这道题有几个特点:1、来头大,这题最早是由欧拉解决的,由此开创了数学的一个新的分支——图论与几何拓扑,而欧拉在数学界是泰山化斗一般的人物;
欧拉
2、实际运用广,七桥问题在工程建设、运输物流及计算机算法等方面都有运用;
3、研究这道题能提高人的数学抽象思维逻辑推导能力
4这题门槛低,能分单数双数就可以了,这点是很多数学题不具有的,在这题上小学生在数学思维上就可以逆袭大人。
解题思路如下:(在数学上,思路永远比结果重要)1、把一个实际问题转化抽象成合适的“数学模型”,具象转为抽象。土地抽象为点,桥抽象为线。单点地域的大小和连接地域的桥的长短曲直变化,都是没有本质上的区别。
七桥问题具象转为抽象
在数学抽象图形上,点表示为可大可小的,线也是可长可短可直可曲,都是可变动弹性的。可以是各种变形,还可以是立体的。
七桥问题抽象的多种变形
点表示为可大可小的,线也是可长可短可直可曲
七桥问题具象转为抽象后的多种变形
2化繁为简拆解寻找规律。(按对称性来拆出一半)各种变形,都是日字的各式变化
拆到最后就是各式的闭环图形和半封闭的线条了,
如三角形圆形等。闭环里 最简单的构造是点和线。
3归纳总结找结果。到了这里可明显看出,这一笔画问题图形里的线可长可短,可直可曲,线与线没有本质的不同,
而线与线交汇而成的点与点之间就不同了,最早是由欧拉提出了偶点和奇点的概念,
一个点连接的线条数目如是奇数,就称为奇点,如果是偶数条就称为偶点
欧拉得出结论要使得一个图形可以一笔画,必须满足如下两个条件:1. 图形必须是连通的。
2. 一个给定的连通图的“奇点”个数是0或2,任何图能一笔画成,奇点要么没有要么在两端。(偶点一定是在中间)(奇点是0,一笔画的结束点回到出发点,奇点是2时一笔画是奇点在头尾两端的一条线)
3.有n个奇顶点的连通图,那至少需要n/2笔画出。
用图形表示就是:
0个奇点的闭环,回到原点
2个奇点的闭环,成为以一奇点开头另一奇点结尾的一条线
到这里可以看出奇点和偶点的不同:2条线的偶点在一个闭环中可以有无数个,这个偶点可张开来拉直,转成线上普通的一个点。
4条线的偶点是两个闭环的连接点,可22张开来(不是断开)还原成为线上普通的两个点。
奇点是由偶点加一条单向线组成的,必须有另一个奇点相配对,与它的单向线相连,才能组成闭环。
回到七桥问题,七桥4个点全是奇点,可知七桥问题无解,
也就是不可能不重复地通过所有七桥。
要一笔画不重复完所有线,必须任意两点再连条线,使两奇点变为偶点。任意两点再连条线,一笔画问题就可解
类似的一笔画问题还有田字一笔画问题
把E点和CB直线翻到圆圈外面去
最后来总结下:从把实地七桥地形抽象成城市地图,再从地图又抽象成由点和线组合成的几何图形,又从基本的几何图形又延伸变形到本质一样的各式变化图形
,这类似开了上帝视角,抽象的思维程度一层层提高,能做到了这一步,七桥问题就解决了一半。
确定七桥问题的几何图形后,又化繁为简拆分复杂图形成最基本的图形,这就是逻辑推演,然后用比较分析点与点、线与线的异同,这就是归纳总结,从面得到解决所有一笔画问题的结论。(前面的推演归纳总结只是种意会讲解,不是真正意义上的数学证明)
数学思维不仅具有逻辑性和严谨性,而且有最重要最本质的属性,抽象性与一般性,也则是从特殊例子中读出一般规律的能力。
具体→抽象个案→共性案例→概念,用抽象来反映现实,用抽象来提高对问题思考的维度,进而看到的有序、更全面、更一般的“本源”世界,从而得到问题的本质规律,进而用来解决问题。
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