中秋節(jié)臨近,在一個(gè)微信群里,群主發(fā)來祝福信息(如圖1)。發(fā)現(xiàn)牽涉到數(shù)學(xué),為之一樂:
圖1
看完選項(xiàng),想必讀者已經(jīng)知道答案了(記得是群主發(fā)的信息哦)。那么這個(gè)需要真誠(chéng)面對(duì)的“事實(shí)”是什么呢?我們隨便選一個(gè)數(shù)字,比如2,按照信息所說的操作步驟,得(2×3+3)×3=27,然后將 2和7相加,得到9,對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)是群主。
我們?cè)倏纯匆话阈缘那闆r:
假設(shè)我們?nèi)芜x一個(gè)數(shù)字a,按照信息所說的操作步驟,得(a×3+3)×3=9a+9。因數(shù)字 a 介于 1 到 9之間,所以9a+9一定是一個(gè)不超過90的兩位數(shù)。把這個(gè)數(shù)的個(gè)位和十位上的數(shù)相加,那么該如何證明所得的和是9呢?這里提供兩種方法:
方法一:所得兩位數(shù)可以改寫為9(a+1),一定是9的倍數(shù)。滿足條件的兩位數(shù)包括18、27、36、45、54、63、72、81、90(沒有 99)。不難看出,這些兩位數(shù)中任意一個(gè)數(shù)的個(gè)位和十位上的數(shù)之和均是9。其實(shí),這正是9的倍數(shù)的特征:能被9整除的自然數(shù),其各個(gè)數(shù)位上的數(shù)字之和必是9的倍數(shù)。因?yàn)榻Y(jié)果是不大于90的兩位數(shù),所以十位和個(gè)位上的數(shù)之和只能是9,而不會(huì)是18或更大的倍數(shù)。
方法二:更一般地,假設(shè)所得的兩位數(shù)是mn,即mn=9a+9?,F(xiàn)在要計(jì)算 m+n。容易知道:mn=m×10+n,改寫一下即得9m+m+n=9a+9。這個(gè)等式等號(hào)左右兩邊是恒等的,所以m=a,m+n=9。看來“事實(shí)”無可辯駁,只好真誠(chéng)面對(duì)了!
不過,有時(shí)候我們面對(duì)一些數(shù)時(shí)也不要太“真誠(chéng)”,下面一例也與中秋節(jié)有關(guān)(如圖2):
圖2 中秋打折的誘惑
最后再看一例,也能與中秋節(jié)搭上關(guān)系呢。最近在地鐵站見到懸掛著烘托中秋節(jié)氣氛的燈籠(如圖3),當(dāng)下一樂,便發(fā)到微信群里讓大家猜猜中間那個(gè)叫什么體,看看大家的反應(yīng)。
圖3 中秋燈飾中的數(shù)學(xué)
結(jié)果發(fā)現(xiàn),朋友們(其中只有少數(shù)是數(shù)學(xué)老師)的回答有物體、立體等,以多面體居多,也有人答十面體或十二面體??吹贸鰜恚瑪?shù)學(xué)味道漸漸濃厚,但不是我真正想要的答案。這不奇怪,學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)的立體,以正正規(guī)規(guī)的居多,如正方體、長(zhǎng)方體、錐體(圓錐或棱錐)、柱體(圓柱和棱柱)和球體。倘若教師講得深入一點(diǎn),會(huì)涉及五個(gè)重要的正多面體(也叫Plato多面體),即正四、正六、正八、正十二和正二十面體,這與凸多面體的歐拉公式聯(lián)系緊密 (有興趣的讀者可進(jìn)一步查找資料)。而像圖3中間那個(gè)立體,無論在課堂上還是課外都比較少見,即使見到也未必會(huì)去想是什么名字。叫不出名字,也許是因?yàn)椴怀R?,也許是因?yàn)槲覀儚膩聿粫?huì)去教這些!但學(xué)校教育的目標(biāo)之一,不就是要學(xué)生發(fā)現(xiàn)周圍世界的數(shù)學(xué)嗎?
言歸正傳,圖3中間那個(gè)立體其實(shí)有來頭,全名叫阿基米德多面體 (Archimedean polyhedra),是由至少兩種正多邊形所組成的凸多面體,且要求每個(gè)頂點(diǎn)的組成均一致。阿基米德多面體共有 13種(有興趣的讀者可以進(jìn)一步自行搜尋)。手工制作這些立體并不難。以正方體為例,在正方體的每一個(gè)定點(diǎn)處削去一個(gè)正四面體 (即正三棱錐),即得一個(gè)阿基米德多面體(如圖4)。
圖4 阿基米德多面體的制作
這種并不常見的立體完全可以在課堂上介紹給學(xué)生,甚至可由學(xué)生自行制作出來(折紙是可以做到的)。其實(shí),現(xiàn)實(shí)生活中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的數(shù)學(xué)元素,或數(shù)字,或圖像,或圖形,或立體……作為教師,我們常常跟學(xué)生說:數(shù)學(xué)無處不在。我們也要進(jìn)一步問(問自己也問學(xué)生):數(shù)學(xué)到底在哪兒?用一雙數(shù)學(xué)的眼睛去看世界,也別有樂趣。