质数学习入门绕不开的任务,高效的打基础。 预期中学生采用的方法:一个一个检查 另外高效的对偶的方法:去掉合数

针对第一个方法,主要学习就是 “判断质数的方法”,上一篇讨论过;针对第二个方法,这里做更多一些的讨论,以期学的更扎实。

(一)为什么这个方法成立?

  • 理论上,OK。不考虑1,其他数要么质数要么合数,去掉后者也就找到了前者。
  • 现实中,虽然合数更多,但是合数也更有规律,合数并不需要像质数一样逐个判断。因此,找出所有合数反而代价更小。

(二)100以内所有质数

  1. 首先,依次找出100以内所有2的倍数、3的倍数、5的倍数、7的倍数 (前面文章说过,只需要找到7即可)

  2. 将以上找出的合数,集中到一张表格,在去掉1,就得到了所有100以内的质数

(三)方法的价值

  1. 简单的多了一个方法,艺多不压身
  2. 体会到 对偶思想
  3. 基础的规律性规则感 数学的逻辑,和体现出规律、抽象出规则是一致的。规律,事务本身的特性;规则,特性抽象为数学认知;
  4. 倍数的规律性,以及规律性叠加 规律的组合 “倍数规律性”+“数字表格规律性”=依然保持有规律性
  5. 进一步复杂问题的基础 比如,判断1000以内质数的个数?——看似很难,但有了扎实的基础学习,这个问题也并非无懈可击。

(四)规律的组合

  1. 规律性在数学中很重要,规律抽象出来便是规则,是数学的一个基础
  2. 规律的一个有趣性质:规律+规律=规律
  3. 规律组合的说明(1) 10×10的表格中,7的规律性不明显。放到30×30的表格中就比较明显了。如下: 这个道理,如同:数列 1、2、4 … 它的规律并明显一样 ——有可能:1、2、4、8、16、… ——有可能:1、2、4、7、11、15、21、…
  4. 规律组合的说明(2) 为什么以上,7的倍数,呈现出规律性?——不仅因为7的倍数本身有规律性,还因为数表本身每行都是30个也是有规律。即:规律+规律=规律 但凡每行个数不一致,那么最后的规律性就会被打破。如下所示 即:规律+无规律=无规律
  5. 规律组合说明(3) 为什么在10×10的表格中,2的倍数、5的倍数呈现出一列,而3和7的倍数并没有? 原因在于,最后呈现的规律性,不仅和3的倍数的规律有关,还和表格规律有关。 比较3的倍数在10×10表格和9×9表格中的规律,便容易理解。 注:这个现象有个很有趣的同构——$1/3$这个数,在10进制中是无限不循环小数;$1/3$这个数,在3进制中,就是普通的有限小数。

(五)思考题

  • 前面说,扎实学习有好处。但都似乎说比较虚。
  • 来点实在的,看看以下相关联问题:
  • 这个问题,考虑到质数分布的散乱,似乎是道难题。但如果100以内质数问题思考的扎实,1000以内的个数有机会找出来。(注:可用表格法找出来作为验证 —— 表格方法,是工程方法,是数学学习的手段、抓手,非数学目的。)
  • 提示,计算方法求1000以内质数个数,和以下问题有相通之处
  • 后续,逐一分析这些问题。

(六)附,表

  • 若有小朋友想做这个练习,提供两份表格共打印使用