弹珠与分油问题

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  “爸爸,你听说过韩信立马分油的故事吗?”瑞瑞一进家门,书包还没有放下,就向爸爸发问。
  “嗯……这个故事,我没听说过。”爸爸假装没有听过,他最近经常用这一招,“你能讲给我听听吗?”
  “好吧……”瑞瑞似乎识破了爸爸的伪装,不过他想了想,还是继续说了下去。
  韩信分油
  “有一天,韩信在经过一个集市时,遇见一位卖油的老人正在与顾客争吵。他一打听,原来是这么回事:顾客想买5斤油,而老人家只有三个装油的葫芦,大的葫芦里装满了油,一共是10斤。另外还有两个空的小葫芦,分别可以装3斤油和7斤油。老人家说他没有办法卖5斤油,而顾客却执意要买5斤油。老人家认为这个顾客在故意为难他,于是两人就吵了起来。韩信了解了事情的原委后,稍加思索,便下马解决了这个问题,双方皆大欢喜,连连称谢。”
  “原来是这样一个故事啊。看来韩信不仅是个军事家,还是个数学家啊!”爸爸微笑道,“那你是想问我,韩信究竟是怎么分油的吗?”
  “不是,我知道他是怎么分油的!”瑞瑞的回答出乎了爸爸的意料。
  “哦,那你说一说,韩信是怎么分油的?”爸爸扶了扶眼镜。
  “为了让你理解得更清楚,我先画一个表格吧!”瑞瑞麻利地拿出直尺,边说边画,不一会儿,就画出了下表——
  “10斤→7斤,这表示把10斤的葫芦中的油倒进7斤的葫芦中,3斤→10斤就表示要把3斤的葫芦中的油倒进10斤的葫芦中去,其它的意思也是如此……”瑞瑞生怕爸爸还没看懂,又解释了一遍。
  弹珠游戏
  看着瑞瑞把韩信分油的问题解释得明明白白,爸爸心中倒是升起了疑云:“你已经解决这个问题了,还有什么疑问吗?”
  “还有更简单的方法吗?”瑞瑞显然不太满意自己的解法,“这样的解决方法太繁琐,而且没办法用数学语言直观地表示出来。”
  爸爸似乎早就猜到瑞瑞会是这个反应:“哈哈,我就知道你不会满意。还好,我还有绝招!”
  只见爸爸绘制了一幅像统计图一样的图,并在上面标明了一些数据,介绍道:“这叫直角坐标系。不过,这样的图你应该见过了。”
  “是的,这种图我在五年级学‘用数对确定位置’的时候见过。”瑞瑞回忆道:“我还记得老师说这个直角坐标系是法国数学家笛卡尔最早引入的。”
  爸爸很高兴儿子能记住老师上课讲过的知识:“没错,笛卡尔也是世界上第一个用代数方法研究几何的人。从此以后,平面上的任意一点都可以用一对有序数对来表示了。”
  “不过,爸爸你画直角坐标系是用来做什么啊?”瑞瑞显然还没有明白爸爸的用意。
  “不急不急,听我慢慢道来。”爸爸指着直角坐标系說:“我们这里的横坐标表示7斤葫芦里所装的油,纵坐标表示3斤葫芦里所装的油,而坐标的单位就表示葫芦中油的斤数。”
  说着,爸爸又在直角坐标系中画上了一些斜线——
  看着满脸疑惑的瑞瑞,爸爸不紧不慢地继续说:“现在,我们来玩一个弹珠游戏。首先规定一下行走规则,弹珠只能走直角坐标系中的红色网格线,并且每一次必须走到四周(也就是碰到黑色线),才能选择另一条红色网格线反弹。”
  “也就是说,我们想要得到5斤油,就得让弹珠到达(5,3)或(5,0)的位置。你观察一下,如果我们从(7,0)出发,可以选择哪一条路线到达(5,3)呢?”爸爸把彩笔交给瑞瑞,示意他可以画一画。
  瑞瑞接过彩笔,认真思考,不一会儿,就找到了一条路线(如图蓝色直线)。
  “如果是弹珠游戏的话,我知道弹珠这样走就可以到达(5,3)这个位置,可是这与分油问题有什么关系呢?”瑞瑞虽然找到了路线,但心中的疑问却没有解开。
  爸爸依旧慢条斯理:“不急,我们看看弹珠走过的位置(7,0)→(4,3)→(4,0)→(1,3)→(1,0)→(0,1)→(7,1)→(5,3),这一系列坐标正好对应着每次倒油后两个葫芦的状态,而且相邻的坐标在现实中是可以互相进行转换的。”
  说着,爸爸也画了一张表,来解释刚才这番话。
  “为什么一定要碰到四周才能反弹呢?”瑞瑞提出了一个关键问题。
  “嗯,这是一个好问题!”爸爸不失时机地表扬瑞瑞,“这是因为分油问题中的葫芦都是没有刻度的。也就是说我们必须保证,在每一次倒油的过程中,有一个葫芦要么是满的,要么是空的,而这种情形正好对应着直角坐标系的边缘。”
  “这个方法好,以后碰到这类问题再也不用发愁了!”瑞瑞拍手叫好,非常开心:“老爸,我也想到一个妙招——用倒推法来寻找这条路线。比如我们从(5,3)或(5,0)这个终点出发,一路倒推回去,就可以轻松地找到第一次出发时的起点,这样会更容易!”
  “真棒!我就是喜欢你爱思考的样子!”爸爸也从不吝啬对儿子的赞扬。
  亲爱的小读者,你会用这种方法解决分油问题了吗?
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