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温州市第四届“摇篮杯”初中学生数学小论文?
县(市、区): 温 州 市????
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学校(全称):? 温州市绣山中学
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作 者: 徐亦豪 丁岱宗 金亦钊
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指 导 师: 王 建 生
论 文 题 目: 功课表中的数学
2010 年02月
功课表中的数学
摘要:
在温州市初中数学夏令营学习期间,我们几个同学对功课表上的数学排列问题产生了兴趣,把刚学的知识活学活用。通过不断思考,不断探讨,不断解决提出的问题,修改错误的结论。并努力尝试提出更困难的问题,利用各种数学方法进行解决。而最终得出的结论,也远远超过了这张小小的功课表,同时大家的思维也得到了很大的提升。
关键词:功课表 数学 节数 排列 组合
一、 问题的发现
在温州市初中数学夏令营学习期间,我们学习了有关排列与组合的问题。在一次课后,我们正无聊的看着功课表。突然,大家开玩笑似地提出了一个问题,有这么多班级,而老师很有限。每个班的数学课不可能都排在同一节,那数学课的排法一共有几种呢?我们都认为这个问题很有意思。于是我们把每天的数学课节数统计做了以下一个表格。
天数 数学课节数/每天的总节数 1 2/8 2 2/8 3 1/8 4 2/8 5 2/8 6 1/3
提出问题后就上自修课了,我们也只好放下讨论,各自去思考了。当时我最先得出的算法是这样的:
第一天的排法:第一节数学课的排法有8种,第二节数学课有7种,所以总共:
8×7=56种
而第二天、第四天、第五天和第一天的排法相同,也为56种;
第三天则为8种;
第六天为3种;
所以6天的总排法有:
56×56×56×56×8×3=236027904种
下课后,我们又开始交流这个问题,但大家马上对我的算法提出了异议:两节数学课(A、B)是一样的,按照上面的算法,把AB和BA算成两种,就重复了。于是我们修改了方案,将每个56改成28,则得出结论共有28×28×28×28×8×3排课方法。
二、 问题的提升
正当我们认为问题已解决时,我又提出了新问题:如果把每天的物理、化学、生物和自修都算入其中,那一共又会有多少种排列方法呢?大家都被难住了,但我们还是下定决心利用学到的知识解决它,于是我们又对全部课程统计列出了下面的表格。
天数 数学(节) 物理(节) 生物(节) 化学(节) 自修(节) 1 2 2 1 1 2 2 2 1 2 1 2 3 1 1 2 2 2 4 2 2 1 1 2 5 2 1 1 2 2 6(特殊原因3节课改为4节) 1 1 1 1 0 我们便又分头开始计算了,最后得出结果是这样的:
1. 设第一天共有8个位置,则数学有28种排法;
去掉2个位置,那物理就有:
6×5÷2=15种
又去掉2个位置,所以生物就有4种排法;
同理化学有3种排法;
自修有1种排法。
则共有:
28×15×4×3×1=5040种
2. 接着,我们又通过比较,发现前5天的课程总是有3种2节课科目,2种1节课的科目,所以前5天每天的安排都有5040种。
3. 第六天的安排等于是4个元素的排列:
A44=4×3×2×1=24种
4. 所以这六天课程排列共有:
5040×5040×5040×5040×5040×24=78048385538457600000种
当得出这个结论时,我们惊呆了,没想到一张小小的功课表就有这么多种排列方法,我们3人顿时感到前所未有的成就感。
三. 问题的延伸
但我们仍不知足,大家接着又提出新问题:假如课程可以随意排,保持每科总数不变和6天的课程总量不变,那又会有多少种排法呢?
我们还是各自回去先思考。最后大家总结出了这样一种方法:这个问题就相当于将10个A(数学),8个B(物理),8个C(化学),8个D(生物)和10个E(自修)填入有顺序的44个方格中。我们还是用原来的办法,将44个方格当作44个位置,将10节不同的数学填入的方法有:A4410种。又因为10节数学实质上是一样的,所以要除去每种排列重复的次数,就相当于将10节课排顺序的方法为:A1010
所以共有:
(A4410 /A1010 )种=C4410种
我们发现结果太大了,于是就直接用符号表示。
44个位置去掉了10个,接着物理课的排列共有:
(A348 /A88 )种=C348种
接着,生物课的排列共有:
(A268 /A88 )种=C268种
化学课的排列共有:
(A188 /A88 )种=C188种
最后,自修课的排列共有:
(A1010 /A1010 )=1种
所以,6天44节课
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