九宮格問題,古已有之,題目大意:將1、2、3、4、5、6、7、8、9填入3×3的九宮格裡,使三行、三列及兩條對角線上面的3個數字之和均相等。問題並不複雜,古人早已給出了答案口訣:戴九履一,左三右七,二四有肩,八六為足,五居中央,如下圖所示。
經典的九宮格問題
學習數學,不能只滿足於知道答案,重點是如何分析、如何推理,九宮格問題的解題過程具有很強的代表性。九宮格問題看似只能去湊,其實每一步的內在邏輯關係清晰分明,是一個非常好的思維訓練例題。
第一步,找到問題的切入點。題目沒有說,這個相等的和到底是多少,如果能夠知道具體值,顯然就前進了一步。不難發現,無論採用何種順序去填,這9個數總和是不變的,易知1+2+3+4+5+6+7+8+9=45,所以這個相等的和為45÷3=15。
第二步,觀察圖形特徵,大膽猜想。九宮格本身是一個對稱圖形,如果說九個格子有一個較為特殊,相信大多數人立即就能指出,是正中央的格子。另外,1至9若排成一行,顯然正中央的數是5。因此,我們有理由猜想,5應該居於九宮格正中,不妨先行填入試試。
第三步,分類列舉,找出異同。觀察剩餘的8個格子,不難把它們分為兩類,四個角上的格子和四條邊中點處的格子。這兩類有什麼不同呢?顯然,角上的格子參與了3次運算,如圖中紅線所示;邊中央的格子參與了2次運算,如圖中藍線所示。2次運算更加容易推算,所以我們不妨從藍色格子入手。
剩餘的兩類格子
第四步,分解和式,陸續填入。我們知道,15-5=10,再將10分解成兩個整數之和,有1+9、2+8、3+7、4+6共4種分解方法。不妨取第一種分解方法, 1+9,又有兩種填入方法,先嘗試第一種填法,如下圖所示。
錯誤的嘗試
因為9最大,所以考慮15-9=6,6對應的分解方式必然最少,只有1+5,2+4這兩種。現在將9填入角上,角上的數會參與3次運算,需要有3種分解方式而不是2種。所以9不能填在角上,只能填在某邊的中點,這樣就能確定9和1的位置。
正確的位置
按照這個思路,不難陸續填完九宮格,後面的過程就不再詳述了,相信讀者已經可以獨立完成啦。
九宮格問題,看似和數學學習沒有多大關係,但是它所體現出的思維方法,卻非常值得借鑑。經常進行類似的思考,無疑對學好數學大有裨益。
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