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神秘有趣的质数骨牌

编辑:sx_yanghx

2012-11-26

【编者按】精品学习网小升初为大家收集整理了“神秘有趣的质数骨牌”供大家参考,希望对大家有所帮助!

在数学兴趣班上,刘老师给大家出示了这样一副图(如图1):在5×5的方格中分别填进了连续自然数1、2、3、4……、25。同学们,你们看这些数的填法有什么奥妙吗?张依说:"相邻的两个数都是一个奇数、一个偶数。"刘老师补充说明:"同学们说的很对。大家仔细观察各横排或竖排,我们把任何相邻的两格组在一起叫一张骨牌(如图1-1),那么每张骨牌上两数之和都很特别,你们发现了吗?""每张骨牌上两数之和都是质数"焦朗强着说,"比如8+5=13、21+8=29、8+11=19"

 

 

从5×5的方阵出发,取横排相邻两格,或竖排相邻两格,可以组成40张骨牌(同学们已算出,即:(4+5)×4+4=40)。而且很容易验证,其中每张牌上的两数之和都是质数,因而我们得到了一副质数骨牌。

同学们你能在2×2的方格中填上1-4连续四个自然数,使它成为一副质数骨牌吗?张笛很快就找到了答案(如图2),这里一共有4张骨牌,每张排的两数之和是1+2=3、2+3=5、3+4=7、1+4=5。张依提出问题:"老师我用2-5四个连续自然数能不能填在方格里制成一副质数骨牌呢?"大家试试看行吗?…………

 

 

同学们经过大量的实验后觉得不行,"好像不行,可为什么呢?"我们把四个数写在一行,会发现它们组成的每张骨牌的数字和,实际就是1、2、3、4四个数两两之和,(即1+2,2+3,3+4,4+1四组和),而且所有相邻的四个数都是如此。因此我们可以得到这样一个结论:"这四组和中至少有一组2个数的和是3的倍数且不是3,即是合数。"(可以用抽屉原则和同余的方法来证明)所以不可能组成质数骨牌。

同学们的兴致越来越高,他们又开始研究3×3的方格中(如图3)填1-9九个连续自然数的质数骨牌了。同学们实验了很久好象还是不行。"老师这种情况就是不行"杨宇辰说:"1-9九个数中有5个奇数,4个偶数,骨牌中相邻的2个数不能是同奇或同偶,所以中间的方格必是奇数(如图3-1),它与其他四个偶数的和必须是质数,而1-9中(奇数1、3、5、7、9,偶数有2、4、6、8)经过实验没有一个奇数能分别与这四个偶数的和都是质数。所以1-9不能制成质数骨牌。

 

 

那么其他九个连续的自然数能否制成质数骨牌呢?如:2、3、4、5、6、7、8、9、10或13、14、15、16、17、18、19、20、21。结果也是不可以的,我们把所有的情况,分为两种情况:①5个奇数、4个偶数②5个偶数、4个奇数。通过验证可以得到以下结论:

①对于任何一个奇数,都会存在至少一个偶数使它们的和是合数

②对于任何一个偶数,也都会存在至少一个奇数使它们的和是合数

所以任何九个连续的自然数都无法制成一副质数骨牌。

兴趣小组的同学通过这些练习增长了很多见识,他们的数学逻辑思维能力也得到了很

大的提高。同学们你们想不想也试试自己制作一副质数骨牌呢?请试着在4×4的方格中填入1-16十六个连续的自然数使它成为质数骨牌。(如图4供大家参考)

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