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5 数学广角——鸽巢问题

黄新媚
娄底市第一小学
小学
数学
六年级
下学期
人教版
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    教学准备

    学情分析

    鸽巢问题又称抽屉原理,它是组合数学中最简单也是最基本的原理之一。从这个原理出发,可以得出许多有趣的结果。这部分教材通过几个直观的例子,借助实际操作,向学生介绍了“鸽巢问题”。学生在理解这一数学方法的基础上,对一些简单的实际问题“模型化”,会用“鸽巢问题”来解决生活中的问题,促进逻辑思维推理能力的发展。

    教学工具

    “鸽巢问题”的理论本身并不复杂,对于学生来说是很容易的。但是“鸽巢问题”的应用却是千变万化的,尤其是“鸽巢问题”的逆用,学生对进行逆向思维的思考可能会感到困难,也缺乏思考方向,很难找到切入点。

    教学设计

    教学目标


    1、知识与技能:了解“鸽巢问题”的特点,理解“鸽巢原理”的含义。使学生学会用此原理解决简单的实际问题。

    2、过程与方法:经历探究“鸽巢原理”的学习过程,体验观察、猜测、实验、推理等活动的学习方法,渗透数形结合的思想。

    3、情感态度与价值观:通过用“鸽巢问题”解决简单的实际问题,激发学生的学习兴趣,使学生感受数学的魅力。

    教学重难点

    教学重点:引导学生把具体问题转化成“鸽巢问题”。


    教学难点:找出“鸽巢问题”解决的窍门进行反复推理。


    教学方法

         

    教学过程

     扑克牌游戏,拿掉大王小王,请5名助手各抽取一张牌,师猜测:在这5张牌里,至少有2张是同一花色的。展示牌,验证。重复1次。

         52张牌共有黑、红、梅、方四种花色,如果运气好,可能会有5个孩子抽中同一种颜色,还有可能4个或3个孩子抽到同一种颜色。运气最坏也可能个孩子抽到同样的花色。


    刚才表演的魔术,蕴含了一个重要的数学原理——鸽巢原理(板书课题)。看到这个课题,你有什么问题要问吗?

    学生提问:什么是鸽巢原理?怎样研究鸽巢原理?鸽巢原理有什么用?等

    师:同学们很爱提问题,也很会提问题,这节课我们就带着这些问题来研究。

     


    一)、展示问题:4只鸽子放进3个鸽巢中,不管怎么放,总有一个鸽巢里至少放进2只鸽子.

    师:我们先从简单的例子入手,请看:把4只鸽子放进3个鸽巢中,我可以肯定地说,不管怎么放,总有一个鸽巢里至少有2只鸽子。。

    师提问:总有是什么意思?至少有2只鸽子你是怎么理解的?

    过渡:老师说的这句话对吗?我们需要验证,怎么验证呢?

    二)、小组合作(纸杯代替鸽巢摆一摆,并在纸上记录不同的摆法,学生思考,摆放、画图并记录,不局限于一种方法)。

    动手操作要求:

    1.合作:分好工,一人说一人放一人记数,记录所有放法,用数字表示各鸽巢中的鸽子只数。并圈出每一种放法中最大的数。(温馨提示:不考虑鸽巢的顺序,没放鸽子的用0表示。)

    2.放一放:你们组能想到几种不同的放法?

    3.说一说:“总有”和“至少有2支”是什么意思?

    反馈交流:

    1、(枚举法)

    1)展台展示具有代表性的方法,学生会出现4种放法。针对每种放法,学生描述,教师板书成(4,0,0)(强调:4只笔一定要放在第一个鸽巢中吗?可以放在任何一个,但为了研究方便,我们统一记成(4,0,0)

    3,1,0)  (2,2,0)   (2,1,1)的形式。             

    2)师:他找到了4种不同的放法,谁来评一评?

    学生评价

    3)出示课件,再次展示4种放法。

    4)师:请同学们仔细观察、分析每一种放法,对照老师的猜测,我们凭什么就说“总有一个鸽巢里至少有2只鸽子呢?(23个学生解释)

    引导分析每种放法中,无论怎么放,放的最多的那个鸽巢中的只数都不会少于2只。

    5)师小结:原来这几位同学关注的都是每一种方法当中放的最多的鸽巢,分别放了几个(4个、3个、2个、2个)最少放了几个?(2个)最少2个,有的超过了2个,我们就说至少2个。确实,不管怎么放,把4只鸽子放进3个鸽巢中,总有一个鸽巢里至少有2只鸽子。看来,老师的猜测对不对?

    6)过渡:刚才同学们研究的时候,采用了——一一列举法(板书:列举法),列举法是我们研究问题时常用方法,它非常直观、除了像刚才这样,把所有的方法都有一一列举出来,还有什么方法也能证明老师的猜测是正确的呢?有没有更直接的方法呢?

    2、优化:

    1)刚才的4种方法中,每种放法里最多放的只数有的是4只,有的是3只,还有的有两个2支,最最不利的一种就是(2,1,1)的这种放法。

    2)学生操作演示,教师图示。

    语言描述:把4只鸽子平均放在3个鸽巢里,每个鸽巢放1只,余下的1只,无论放在哪个鸽巢,那个鸽巢就有2只笔,所以说总有一个鸽巢至少放进了2只笔。(指名说,互相说)

    3)引导发现:

    1)这种分法的实质就是先怎么分的?(平均分)

    2)为什么要一开始就平均分?(均匀地分,使每个鸽巢的鸽子尽可能少一点,方便找到“至少数”),余下的1只,怎么放?(放进哪个鸽巢都行)

    3)数学中经常用算式来表达我们的思维,你们能吗?怎样用算式表示这种方法?(4÷3=1只……1只  1+1=2只)算式中的两个“1”是什么意思?

    刚才的这种方法就是“假设法”,它里面就蕴含了“平均分”,我们用有余数的除法算式把平均分的过程简明的表示出来了,现在会用简便方法求“至少数”吗?

    3对比两种方法,优化

      你更喜欢哪种方法?为什么?

    4、、用刚才的研究经验和方法,继续研究:

    1)5只鸽子放进4个鸽巢,总有一个鸽巢至少放进(  )只笔。

    2)100只笔放进99个鸽巢,总有一个鸽巢至少放进(  )只笔。

    学生列出算式,依据算式说理。

    5、提升思维,构建模型

    你发现了什么?

    形成结论:发现鸽子的只数比鸽巢数多1,不管怎么放,总有一个鸽巢里至少有2只鸽子。


     师:刚才我们研究了鸽子数比鸽巢数多1时,总有一个鸽巢里至少有2只鸽子。当鸽子数比鸽巢多2,多3.甚至更多,又会出现什么情况呢?想不想继续研究?

         我们在5只笔放进4个鸽巢的基础上继续研究,鸽巢数不变,鸽子只数增加1,6只鸽子放进4个鸽巢,总有一个鸽巢至少放进几只鸽子?

            6÷4=1……2    1+1=2

    总有一个鸽巢里至少有2支鸽子

    1+1还是1+2呢?)      

    鸽巢数不变再增加鸽子的只数,会出现什么情况呢?

            7÷4=1……3        1+1=2

          鸽子的只数再增加 一只,

            8÷4=2     

     总有一个鸽巢里至少放的鸽子只数怎么还是2只呀?

           鸽子的只数再增加

            15÷4=3……3            3+1=4

       这里面是不是有什么规律呢?请同学们认真观察,仔细思考,总有一个鸽巢里至少放的鸽子只数,我们是怎么得到的?

    哦哦,不错啊,大家像数学家一样的做研究,我们也得到了以下规律:

    a只鸽子放进n个鸽巢, 

    如果平均分后还有剩余,那么 总有一个鸽巢至少放了(商+1 )只鸽子。 

    如果平均分后刚好分完,那么总有一个鸽巢至少放了(商)只鸽子。 

                   这就是鸽巢原理 

    强调:和余数有没有关系?

    学生交流,明确:与余数无关,不管余多少,都要再平均分,所以就是加1.

     


           1、古代中国的鸽巢原理

          在我国古代文献中,有不少成功运用鸽巢原理来分析问题的例子。如:宋代费衮的《梁溪漫志》,就曾运用鸽巢原理来批驳“算命”迷信活动。清代钱大昕的《潜研堂文集》、阮葵生的《茶余客话》、陈其元的《庸闲斋笔记》中都有类似的文字。然而,令人遗憾的是,我国学者虽然很早就会用鸽巢原理来分析具体问题,但是在古代文献中并未发现关于鸽巢原理的概括性文字,没有人将它抽象为一条普遍的原理。


           2、介绍——德国数学家 “狄里克雷”“狄里克雷原理”

         同学们从数学的角度分析了这些事情,同时根据数据特征,发现了这些规律。你们发现的这个规律和一位数学家发现的规律一模一样,只不过他是在150多年前发现的,你们知道他是谁吗?——德国数学家 “狄里克雷”,后人们为了纪念他从这么平凡的事情中发现的规律,就把这个规律用他的名字命名,叫“狄里克雷原理”,由于人们对鸽子飞回鸽巢这个引起思考的故事记忆犹新,所以人们又把这个原理叫做“鸽巢原理”,它还有另外一个名字叫“抽屉原理”。


         


    1、把11本书放进3个抽屉,不管怎么放,总有一个抽屉里至少放进几本书?

    2、同行的5位同学,他们中至少有3个人的性别相同。为什么?

    3、娄底一小六4班有学生56人,

    至少有(    )人的生日在同一个季度。

    至少有(     )人的生日在同一个月。

    当学生人数至少有(      )人时,至少有2个人的生日在同一天。



    回头看看,有哪些收获呢?与大家分享!

     


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