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时间:2018-12-13
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1、初一数学竞赛讲座第11讲染色和赋值 染色方法和赋值方法是解答数学竞赛问题的两种常用的方法。就其本质而言,染色方法是一种对题目所研究的对象进行分类的一种形象化的方法。而凡是能用染色方法来解的题,一般地都可以用赋值方法来解,只需将染成某一种颜色的对象换成赋于其某一数值就行了。赋值方法的适用范围要更广泛一些,我们可将题目所研究的对象赋于适当的数值,然后利用这些数值的大小、正负、奇偶以及相互之间运算结果等来进行推证。一、染色法 将问题中的对象适当进行染色,有利于我们观察、分析对象之间的关系。像国际象棋的棋盘那样,我们可以把被研究的对象染上
2、不同的颜色,许多隐藏的关系会变得明朗,再通过对染色图形的处理达到对原问题的解决,这种解题方法称为染色法。常见的染色方式有:点染色、线段染色、小方格染色和对区域染色。 例1用15个“T”字形纸片和1个“田”字形纸片(如下图所示),能否覆盖一个8×8的棋盘? 解:如下图,将8×8的棋盘染成黑白相间的形状。如果15个“T”字形纸片和1个“田”字形纸片能够覆盖一个8×8的棋盘,那么它们覆盖住的白格数和黑格数都应该是32个,但是每个“T”字形纸片只能覆盖1个或3个白格,而1和3都是奇数,因此15个“T”字形纸片覆盖的白格数是一个奇数;又每个
3、“田”字形纸片一定覆盖2个白格,从而15个“T”字形纸片与1个“田”字形纸片所覆盖的白格数是奇数,这与32是偶数矛盾,因此,用它们不能覆盖整个棋盘。 例2如左下图,把正方体分割成27个相等的小正方体,在中心的那个小正方体中有一只甲虫,甲虫能从每个小正方体走到与这个正方体相邻的6个小正方体中的任何一个中去。如果要求甲虫只能走到每个小正方体一次,那么甲虫能走遍所有的正方体吗? 解:甲虫不能走遍所有的正方体。我们如右上图将正方体分割成27个小正方体,涂上黑白相间的两种颜色,使得中心的小正方体染成白色,再使两个相邻的小正方体染上不同的颜色
4、。显然,在27个小正方体中,14个是黑的,13个是白的。甲虫从中间的白色小正方体出发,每走一步,方格就改变一种颜色。故它走27步,应该经过14个白色的小正方体、13个黑色的小正方体。因此在27步中至少有一个小正方体,甲虫进去过两次。由此可见,如果要求甲虫到每一个小正方体只去一次,那么甲虫不能走遍所有的小正方体。 例38×8的国际象棋棋盘能不能被剪成7个2×2的正方形和9个4×1的长方形?如果可以,请给出一种剪法;如果不行,请说明理由。 解:如下图,对8×8的棋盘染色,则每一个4×1的长方形能盖住2白2黑小方格,每一个2×2的正方形
5、能盖住1白3黑或3白1黑小方格。推知7个正方形盖住的黑格总数是一个奇数,但图中的黑格数为32,是一个偶数,故这种剪法是不存在的。 例4在平面上有一个27×27的方格棋盘,在棋盘的正中间摆好81枚棋子,它们被摆成一个9×9的正方形。按下面的规则进行游戏:每一枚棋子都可沿水平方向或竖直方向越过相邻的棋子,放进紧挨着这枚棋子的空格中,并把越过的这枚棋子取出来。问:是否存在一种走法,使棋盘上最后恰好剩下一枚棋子? 解:如下图,将整个棋盘的每一格都分别染上红、白、黑三种颜色,这种染色方式将棋盘按颜色分成了三个部分。按照游戏规则,每走一步,有
6、两部分中的棋子数各减少了一个,而第三部分的棋子数增加了一个。这表明每走一步,每个部分的棋子数的奇偶性都要改变。 因为一开始时,81个棋子摆成一个9×9的正方形,显然三个部分的棋子数是相同的,故每走一步,三部分中的棋子数的奇偶性是一致的。 如果在走了若干步以后,棋盘上恰好剩下一枚棋子,则两部分上的棋子数为偶数,而另一部分的棋子数为奇数,这种结局是不可能的,即不存在一种走法,使棋盘上最后恰好剩下一枚棋子。 例5图1是由数字0,1交替构成的,图2是由图1中任选减1,如此反复多次形成的。问:图2中的A格上的数字是多少? 解:如左下图所
7、示,将8×8方格黑白交替地染色。 此题允许右上图所示的6个操作,这6个操作无论实行在哪个位置上,白格中的数字之和减去黑格中的数字之和总是常数。所以图1中白格中的数字之和减去黑格中的数字之和,与图2中白格中的数字之和减去黑格中的数字之和相等,都等于32,由(31+A)-32=32,得出A=33。 例6有一批商品,每件都是长方体形状,尺寸是1×2×4。现在有一批现成的木箱,内空尺寸是6×6×6。问:能不能用这些商品将木箱填满? 解:我们用染色法来解决这个问题。先将6×6×6的木箱分成216个小正方体,这216个小正方体,可以组成27
8、个棱长为2的正方体。我们将这些棱长为2的正方体按黑白相间涂上颜色(如下图)。 容易计算出,有14个黑色的,有13个白色的。现在将商品放入木箱内,不管怎么放,每件商品要占据8个棱长为1的小正方体的空间,而且其中黑、白色的
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