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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。
“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。
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。
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:把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?(2到3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:
把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”及“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。
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