二百五十年前,有一個問題曾出現在普通人的生活中,向人們的智力挑戰(zhàn),使得很多人冥思苦想.在相當長的一段時間里,很多人都想解決它,但他們都失敗了.
今天,我們小學生也要大膽地研究研究它.
這個問題叫做“七座橋問題”.
當時,德國有個城市叫哥尼斯堡.城中有條河,河中有個島,河上架有七座橋,這些橋把陸地和小島連接起來,這樣就給人們提供了一個游玩的好去處(見下圖).俗話說,“人是萬物之靈”,他們就是在游玩時候想出了這樣一個問題:
如果在陸地上可以隨便走,而對每座橋只許通過一次,那么一個人要連續(xù)地走完這七座橋怎么個走法?
好動腦筋的小朋友請先不要接著往下讀,你也試一試,走一走.
你是怎樣試的呢?你不可能真到哥尼斯堡城去,像當年的游人那樣親自步行過橋上島.因為你并沒有離開自己的教室,你坐在教室里,在你的面前沒有河流,沒有小島,也沒有橋,但在你面前卻有一張圖!
可是,這又是一張什么樣的圖呢?圖上并沒河流、小島和小橋的原樣,只是用一些線條來代表它們,但卻明白無誤地顯示出了它們之間的位置關系和連接方式.可以說,這是一張為了做數學而舍棄了許多無關的真實內容而抽象出來的“數學圖”.
這樣的抽象過程非常重要,這種抽象思維對于學習數學來講非常重要.
也許你是用鉛筆尖在圖上畫來畫去進行試驗的吧!好!你做得很好!為什么這樣說呢?因為當你這樣做的時候,就發(fā)揮了自己的想像力:你在無意中把自己想像成了一個小筆尖.你把小筆尖在七橋圖上畫來畫去,想像成了你自身的經歷,有位教育家曾說“強烈而活躍的想像是偉大智慧不可缺少的屬性”.看來你并不缺少這種想像力!
讓我們再好好地想一想,剛才你把小筆尖在七橋圖上畫來畫去,想像成你自己過橋的親身經歷,這不就是把過橋問題和一筆畫問題聯系在一起了嗎?用一句數學上常用的話說,這就是把實際生活中的問題轉化成了數學問題,下面的圖把這種轉化過程詳細地畫了出來.
在下頁左圖中把陸地想像成了幾大塊.這對過橋問題并不產生影響.
在下頁右圖中進一步把陸地塊縮小,同時改用線段代表小橋,這也不改變過橋問題的實質.
在下面左圖中,進一步把陸地和島都用小圓圈代表,這已是“幾何圖形”了,但還是顯得復雜.
在下面右圖中,圓進一步縮成了點.這樣它變成了只由點和線構成的最簡單的幾何圖形了.經過上面這樣的一番簡化,七橋問題的確就變成了上右圖(即為第五講習題1中的圖(9))是不是能一筆畫成的問題了.很容易看出圖中共有4個奇點,由上一講得到的判定法則可知,它不能一筆畫成,因而人們根本不能一次連續(xù)不斷地走過七座橋.
這樣七橋問題就得到了圓滿的解決.
這種解法是大數學家歐拉找到的.這種簡化也就是一種抽象過程.所謂“抽象”就是在解決實際問題的過程中,舍棄與問題無關的方方面面.而只抓住那個能體現問題實質的東西.就像在七橋問題中,陸地和島的大小、橋的寬窄和長短都是與問題無關的東西.
最后,再把解決七橋問題的要點總結一下:
、侔殃懙睾蛵u縮小畫成點,把橋畫成線,這樣就把原圖變成了簡單的幾何圖形了.
、谌绻@種由點和線組成的圖形是一筆畫,人就能一次通過所有的橋;如果這種圖形不能一筆畫成,人就不能一次通過所有的橋.
、塾汕笆雠卸ǚ▌t可知,有0個奇點或2個奇點的圖形是一筆畫,超過兩個奇點時,圖形就不能一筆畫出來.
模仿這種思路,也能解決類似好多問題.