数学游戏中的化归

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  匈牙利数学家P·罗莎曾设计过这样一个有趣的试验场景:一个房间里有煤气灶、水龙头、火柴和一只空水壶,现在请你烧一壶开水,你会怎么做?这个问题一点也不困难,几乎所有试验者都会“打开水龙头,把水壶灌满水,点着煤气灶,把水壶放在灶上,直至水沸腾。”很好,现在进入第二个场景:还是这个房间,所有条件不变,只是水壶里已经加满了水,仍请你烧一壶开水,你会怎么做?这时大多数人的回答都是:“把煤气点着,再把水壶放在灶上就行了。”对此罗莎的判断却是:“数学家欣赏和想要的回答是,把壶里的水倒掉,然后就宣告结束。”
  你是不是有点不解:“这是为什么?”让我来告诉你,这其实是对化归法的一种形象说明,所谓化归就是把不熟悉的、复杂的、不易解决的问题转化成熟悉的、简单的、已经解决问题的思维策略。罗莎的倒水做法,尽管不符合一般经济型的节省操作,但却真实反映了化归思路的根本特征:把第二个场景问题经过简单处理,立刻就转化成先前已经解决的第一个问题。人们在日常学习和生活中所面临的各种各样的问题解决,在很大程度上都依赖这种化归策略,只不过表现形式有隐性和显性之分,但它毫无疑问是较为常见也是较为重要的思维方法。下面我们就用一个非常流行的数学游戏15点来进行说明。
  15点游戏的规则很简单:两个游戏者甲、乙轮流从1,2,…9这九个数字中取数,每次取一个,谁取的数中先出现和为15的三个数谁胜。许多人在游戏时没有进行数学思考,只是随意性地摆放,这种想当然的操作往往导致双方输赢也带有随机性。而若其中一方熟谙此道,那么他就会让众多不知内情的参与者一次次败北,赢得所谓“运气佳、手气好”的赞誉。果真如此吗?让我们来揭开其中的奥秘:请先来看前面的那个3×3的九宫格,里面已经填上了1至9中的数,必须注意到其中每一行每一列两条对角线上的三数之和都为15,这就是著名的“三阶幻方”。如果你有基本的观察力和判断力,那么你就能看出,这个15点游戏其实就是三阶幻方的变形,是看谁能先填好某行某列或某条对角线上的三个数而已。
  对照这个图形,你可以直观地判断庄家的应对之策:如果庄家先选5,你选了7;接着庄家就选8,那你只能选2;那么为了防止你得到15,庄家就必须选6,那你又必须选1;但庄家选择4,仍然得到了5 6 4—15;类似地,只要庄家先选最中间的5,你只要无意中选中了某一边的中间数1、7、9、3,那么庄家必胜无疑,操作步骤同上,大家不妨一试。
  那如果让你先选呢?首先可以肯定的是,仅凭运气随机摆放的你,在绝大多数的情形下都会输给心中有数的庄家,具体情况无须多言。即便假定你明白了其中玄机,先选择中间的5占得先手,那么庄家就会有意取某一角上的数,这样至少可以和你战成平局。具体步骤示意如下:5(你)-8(庄)-6(你)-4(庄)-3(你)-1(庄)进行到这一步,剩下来的7,2,9,无论如何安排,双方只能平手。尽管实际操作次序可能有所变化,但结果不变。
  现在你明白了吧?有时候许多游戏输赢的砝码,就取决于参与者对于游戏数学本质的把握和了解的程度。一无所知者注定是被愚弄,失败也是不可避免的。要想在游戏中成为赢家,那么你就必须熟练掌握一些数学知识,并且在游戏中善于联想转化。在此例中一旦你将“15点游戏”问题化归成所谓“九宫格”填空问题,自然能够应对自如,始终立于不败之地。这个道理对于许多数学游戏同样适用,希望大家能够从中受到启发并学会运用。
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