數學天賦很高的孩子,才能做出這道超5星難題(19年3月24日)
家長是孩子最好的老師,
這是奧數君第802天給出奧數題講解。
今天的題目是數論問題,
解題所用知識不超過小學4年級。
題目(超5星難度):
在小於2019的所有自然數中,取出一部分數字,使剩下的數中的任意3個數,其中1個都不是另外2個數的乘積。問最少需取出多少個數字?
講解思路:
這道題屬於極端構造問題,
要判斷最少取出多少個數字,
通常有兩種做法,
第一種是通過極端條件求解;
第二種是先說明取出某n個數可行,
然後說明如果取的數少於n個,
剩下的就一定不滿足條件。
本題只通過極端條件很難說明,
因此我們採用兩種方法相結合。
步驟1:
先思考第一個問題,
要使取出的數字最少,
應該取出哪些數字?
在所有數字都不大於2019時
兩個數字的乘積要等於第三個數,
肯定是參與乘法的兩個數字越小,
可能出現的次數越多。
因此考慮先取出那些較小的數。
註:這一步其實是極端條件。
步驟2:
再思考第二個問題,
如果取出2到44的全部43個數字,
是否能滿足題目要求?
由於45*46=2070 > 2019,
若取出2到44的全部43個數字,
剩下的數字中任意找3個數,
如果1在其中,
顯然滿足題目要求;
如果1不在其中,
2個數的乘積也大於2019,
一定滿足題目要求。
因此取出這43個數字是可行的。
步驟3:
再思考第三個問題,
如果取出的數少於43個,
能否滿足條件?
如果能構造出43個乘法算式,
每個算式都形如m*n=k,
所有算式中129個數都不相同,
就可以說明少於43個數不可行。
由於兩個數的和固定時,
這兩個數越接近,
它們的乘積就越大,
不會出現相同的情況。
注意到44*45=1980 < 2019,
讓參與乘法的兩個數的和是89,
可以據此構造43個乘法算式:
2*87,3*86,4*85,…,44*45,
其中的129個數都不相同。
如果取出的數少於43個,
根據鴿籠原理,
至少有一個算式中3個數都保留,
此時原題的條件就不能滿足。
結合步驟2的結論,
所以最少需取出43個數。
注:步驟3中採用了構造法,
構造法是數學中最難的部分,
需要的是靈機一動,
構造的方法並不唯一。
思考題(4星難度):
為加深理解,對原題換個數字:
在小於100的所有自然數中,取出一部分數字,使剩下的數中的任意3個數,其中1個都不是另外2個數的乘積。問最少需取出多少個數字?
微信回復「20190324」可獲得思考題答案。
註:過4個月之後,關鍵詞回復可能失效。
同類題目鏈接:
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19年3月6日題目(極端構造問題)
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