问题

两个数A与B,和是18,差是4,求A=?,B=?

解法1,数值逼近——最初的朴素思维

  • 随便找一个和为12的组合
    • ——我猜,是8和10…
    • ——咦,差只有2…
    • ——大的更大点,小的更小点…一个11一个7…
    • ——OK!
  • 最初的样子
    • ——这就是每个人思考最初的样子
    • ——所有人都熟悉,几乎每个人最早都用这个方法
  • 既不蠢也不笨
    • 持续到大学,依然在应用此思想模式,
    • 在计算机领域更是广泛应用
    • 致敬朴素又有作用的方法
  • 改进调整过程
    • 比如:1+17=18
    • 但1和17之间,相差16,
    • 比想要的,“差4”,多了很多
    • 需要一步一步调整吗?16-4=12
    • 调整12吗?不,调整一半(12÷2=6)即可:
      • 大数=17-6=11
      • 小数=1+6=7
    • 模式思维:在朴素工作基础上,继续寻求规范化、一般化、简洁有效的解决问题的模式。
    • 在此基础上,首先便明确出了成熟的单因素解决方案

解法2,分步思想 分步简化

参考 分步思想 > 多条件问题中的应用

核心规则

规则

  1. 先满足第1个条件
  2. 保持第1个条件情况下,调整以满足第2个条件
  3. 保持第1、2条件情况下,调整以满足第3个条件

结构化变化

  1. 不限制从那个条件开始
  2. 满足单一条件,有多个可能方法,并不限制从那个开始
  3. 如何保持已有条件、如何调整,是关键点
指向原始笔记的链接

从“和”开始,求解过程

  1. 先满足A+B=18 比如:1+17=18;或者,0+18=18;或者 9+9=18 随便选一个,作为“准答案“,比如 1+17=18
  2. 调整,满足A-B=4 保持第1个条件,需要:一个减少,一个增加 第2个条件,当前,A-B=16,目标,A-B=4,差距12 调整1,差距减少2,故,调整12÷2=6 故:A=1+6,B=17-6

从“差”开始,求解过程

  1. 先满足A-B=4 比如:5-1=4
  2. 再满足A+B=18 5+1=6 18-6=12 12÷2=6 A=5+6 B=1+6

解法3,平均值解法/特殊值思维

我们发现:解法2中,从哪一组数开始都没关系

再做改进:何不固定一组开始?

首先,就找两个相等的数,相加等于12

12÷2=6

答案:

大数=6+差距一半=6+2=8

小数=6-差距一半=6-2=4

公式:

解法3B,平均值解法/化归思维

平均值解法,面临一个挑战:

如果“和 and/or 差”是奇数(单数),怎么办?

方案:

  1. 给小的数加个1
  2. 给小的数减个1
  3. 给大的数加个1
  4. 给大的数减个1

随便你

这样,无论和还是差,不能除2的问题就解决了

化归思维:经过适当调整,将问题变为另一个(更好解决的)问题

化归与同构的却别,前者通过外部调整,不改变问题主体形式;后者,结构化改变,保留核心逻辑,主题形式可能面目全非。

注:和差问题中,“和/差”必同时为奇数

解法4,大数为基准/等量代换思维、简化思维

以大数为基准,用■表示大数,即:

■=大数

分析解读(等量代换)

朴素的想,所有数量加加减减,变成和■有关系

  1. 大数=■
  2. 小数+4=■
  3. 18+4=小数+大数+4=■×2

从而:■=(18+4)÷2=(和+差)÷2

换个角度,用■表示所有数量

  1. 大数=■;
  2. 小数=■-4;
  3. 18=大数+小数=■×2-4;

从而:得到同样结论

以上两个思路,出发点不同:

前者,把“大数、小数、和12”都通过加点什么减点什么,变成以■为单位的表示

后者,把“大数、小数、和12”都用■的加、减、乘、除表示

等量代换,即:所有量都用同一个量表示,先求出这个量

分析解读(通过线段图)

以上,

如果“小数”补足差距4,“小数”也变成“大数”

从而:

2个大数=18+4

得解

此时公式:

解法4B,小数为基准

与“解法5”,如出一辙

你,应该能模拟出来

你,也需要做一次比葫芦画瓢的模拟——作为学习的一部分

参考图:

其关键是:

如果“大数”去掉差距4,“大数”变成“小数”

解法5,数形结合

所有和是18的两个数,如果“画”出来,会是什么样子

考虑几个情况:

  • 如果一个数是0,另一个是18;
  • 如果一个数是18,另一个是0;
  • 如果一个数是1,另一个是17;
  • 如果一个数是2,另一个是16;
  • 如果一个数是9,另一个是9;
  • 如果一个数是15,另一个是3;
  • 如果一个数是4.5,另一个是13.5;

以上点,可以画成以下样子:

相差为4的两个数,“画”出来

考虑几个情况:

  • 如果一个数是0,另一个是4;
  • 如果一个数是1,另一个是5;
  • 如果一个数是2,另一个是6;
  • 如果一个数是10,另一个是14;
  • 如果一个数是15,另一个是19;

交点,既是我们要找的答案

关于数形结合解法
  1. 直观、清晰的反映了“未知与约束”的关系
  2. 小学阶段,需要一定的“基础学习”才能较好的使用此分析方法
  3. 数形结合,对于初等数学,是很好的方法,也是很好思维练习
  4. 延申思考:
  • 一定有交点吗?
  • 有一个交点吗?
  • 交点是整数吗?
  • 交点是正数吗?
  1. 图形,几乎可以分析所有的初等数学问题

解题分析

各思路分析
朴素的解题思路,值得尊敬

这里朴素的解法,就是“解法1”

当

我们拥有了更好的方法,

常常

对最初的解法不屑一顾

但想到,

在初次接触这类题目时

在最早的一筹莫展的阶段

正是

朴素的解法,逐步帮我们打开了求解的大门

何况

此题中,基于朴素解法,迅速的找到了漂亮的答案

多做一步分析,下一铲子就是金矿

解法2、解法2B、解法3,都是基于朴素的解法1的持续分析得到

解法2,

隐含了“分步”解决问题的思想

隐含了“变与不变”,出发点不同,结果相同

这在很多问题中都有体现

解法2,本身是优雅的解决方案

基于朴素的分析,并不费力的得到这么漂亮的方案

这个方案,本身是典型的、基础的、有用的数学思维模式

找到这个解法,是件很酷的事情

解法2B,看起来和2类似

但2和2B结合起来,背后是深刻的数学思维

——找问题的本质

先确定A+B并不是本质,先确定一个条件才是本质

所以,我们可以选确定A-B

解法2、2B,是一个典型的数学思维

从过程看,是蛮有独特性的思维,并非常见的思维

从结果看,找到了最简洁的解题公式

找到这个解法,是件值得骄傲的事情

解法3,中规中矩的一个解题思维

解法4,最常见的方法,背后的等量代换思维,举足轻重

解法5,有益的思维扩展,建立“未知与约束“的基础,进一步数学学习的重要基础

不要止步于、满足于“问题的解决”,更多关注“问题是如何解决的”

前者,会让你

变成一个熟练工

变成流水线上的工人

变成一个匠才

变成解题机器

后者,让你

学会数学思维

不再机械

让你拥有灵魂

即:当你找到了“解法5、解法6”,你拥有了新的解决问题的能力

并非针对这个问题,而是针对更广泛的一类问题。

重视更底层的思维模式

“数形结合“,是更底层、应用更广泛的解决问题的模式

这个层面,离数学更近

关于“等量模型”
所有数量都有多个表达方式,即:等量模型——它们是同一个量,是相等的量

以“虚拟单位,■=大数“为例:

对于大数,以下表达方式相等,数量相等,是同一个数,可随时相互替换

  1. 大数这个数
  2. 8(虽然可能还不知道,但总有这么一个数字)
  3. ■

对于小数,以下表达方式相等,数量相等,是同一个数,可随时相互替换

  1. 小数这个数
  2. 4(虽然可能还不知道,但总有这么一个数字)
  3. ■-4

对于和,以下表达方式相等,数量相等,是同一个数,可随时相互替换

  1. 和
  2. 12
  3. 大数+小数
  4. ■×2-4
给所有数量,找到一个“规范”的、统一用虚拟单位■表达的方式

这是我们的目的

我们最熟悉的题目,是什么?

  • 一个数比5大2,这个数是多少?
  • 一个数的3倍是21,这个数是多少?

上面这类题目,我们可以称之为“元题目”,即最小的、最简单的题目

我们说,数学解题,就是“链接”

链接什么呢?就是把复杂一些的题目,通过一系列思维、方法、手段,把它变成我们熟悉的“元题目”,这个中间思考的过程,这个中间解题的过程,就是“链接”。

我们找一个虚拟单位

我们给每个数量找到等量的表达方式

当数量都可以和虚拟单位发生关系,原来题目中复杂的关系,就转变成简单的“元题目”这样关系——我们就把复杂的题目变成了我们熟悉的简单题目

而后,现在看起来复杂的题目,又会在熟悉之后变成我们的“元题目”,用来解更复杂的题。

总结

采用虚拟单位,给每个数量找一个规范的等量表达

这个等量模式,就是我们解题的底层逻辑

第一次“多条件分析”

在这之前的问题,都是“一元问题”,都是“一个条件”

和差问题,开始出现“2个条件”“2个未知的量”

带来的解题难点是:需要学会“把2个条件组合起来分析”,产生更好用的约束表述

这个难点,也是将来解更复杂题目的基础的分析能力

是解题环节中正推发散的基础

这里,一个附加价值点:

当知道A或B,求另一个,有两种方法

这是锦上添花

这朵花很漂亮——能慢慢感知到背后的“信息思维“

和差问题,学什么?

如果只是公式,暴殄天物

这么好的题目,当剧透了公式,再去思考就难了:

  1. 有“虚拟单位”的意识
  2. 最好有点感觉,找“虚拟单位”是来源于什么最初的想法(简化题目、链接知识)
  3. 公式,顺便会;且,可忘掉。
【教与学】数学教育,最难的两点
一是,自己懂
  1. 懂这道题怎么做,懂这类题怎么想
  2. 懂题目背后的含义
  3. 懂这道题的各方面价值
  4. 懂需要给小朋友传递什么,即小朋友学什么
二是,忍

忍得住冲动,耐住性子,等着孩子自己去想。

也许想的不着调,也许想的七扭八歪,别嫌弃,当初未必如她。

只要想,就对了。

太多孩子的问题就是,太少习惯于思考,太多习惯于被灌输。

这是孩子的问题,但不是他们的责任。