面積為6465.95的長方形,長和寬均為一位小數(shù),則長和寬可能是多少?


首先需要說的是,這是一道幾何與數(shù)論與小數(shù)計算相結(jié)合的適合4~6年級學生的小學數(shù)學題.
如果要向小學生講這道題,最好先確保TA已經(jīng)完全理解以下2道鋪墊題——
【鋪墊1】
面積為60的長方形,長和寬均為整數(shù),則長和寬可能是多少?
已知面積反推長和寬,且長和寬均為整數(shù),我們立刻能夠想到可以對面積進行因數(shù)對分解[1]:
60=60×1=30×2=20×3=15×4=12×5=10×6;
答:這個長方形可能的長和寬有(60,1)(30,2)(20,3)(15,4)(12,5)(10,6).
【鋪墊2】
面積為600的長方形,長和寬均為整數(shù),則長和寬可能是多少?
同樣是已知面積反推長和寬,且長和寬均為整數(shù),所以我們?nèi)匀豢梢杂娩亯|1中的因數(shù)對分解法;
但由于面積600分解出的因數(shù)對較多,僅僅依靠因數(shù)對枚舉費時[2]且缺少驗證手段[3],所以可以考慮先對600進行質(zhì)因數(shù)分解[4]:
600=2^3×3×5^2;
有了標準形式,我們再使用因數(shù)個數(shù)定理[5]:
d(600)=(3+1)×(1+1)×(2+1)=24;[6]
所以600有24個因數(shù),理論上存在12個因數(shù)對,我們可以在“600=2^3×3×5^2”的輔助下嘗試枚舉[7]——
600=600×1=300×2=200×3=150×4=120×5=100×6=75×8=60×10=50×12=40×15=30×20=25×24;
我們清點一下以上因數(shù)對,發(fā)現(xiàn)不多不少剛好是12對,于是自信滿滿地寫下答語——
答:這個長方形可能的長和寬有(600,1)(300,2)(200,3)(150,4)(120,5)(100,6)(75,8)(60,10)(50,12)(40,15)(30,20)(25,24)共12組.
【正題】
鋪墊到此結(jié)束,接下來我們回歸正題——
面積為6465.95的長方形,長和寬均為一位小數(shù),則長和寬可能是多少?
現(xiàn)在我們明白了——數(shù)論是解析整數(shù)的學問,而上題卻出現(xiàn)了小數(shù),所以讓我們很難想到對其進行質(zhì)因數(shù)分解;
那如何才能將鋪墊題中的知識運用在這道題中呢?
我們可以將有小數(shù)的題進行擴倍改造:
一個長方形的長擴為原來的10倍,寬也擴為原來的10倍,那么面積應該擴為原來的100倍[8];
于是我們可以將上題等價轉(zhuǎn)化為——
面積為646595的長方形,長和寬均為整數(shù),則長和寬可能是多少?
646595是一個相當大的數(shù),我們肯定不愿意一上來就對它進行因數(shù)對分解,而是應該“遇事不決質(zhì)因分解”:
注意到646595末尾為5,所以646595=5×129319;
對129319分別除以2、3、5、7、11、13均不能整除[9],而129319÷17=7607;
對7607分別除以2、3、5、7、11、13、17、19、23、29、31、37、41、43、47、53、59、61、67、71、73、79、83均不能整除,而7607除以89商85余42,第一次出現(xiàn)商小于除數(shù),那么我們可以判定7607為質(zhì)數(shù)[10];
經(jīng)過漫長的計算,我終于得到646595分解質(zhì)因數(shù)的標準形式——
646595=5×17×7607;
接著我們計算646595的因數(shù)個數(shù)——
d(646595)=(1+1)×(1+1)×(1+1)=8;
所以646595有8個因數(shù),理論上存在4個因數(shù)對,我們可以在“646595=5×17×7607”的輔助下嘗試枚舉——
646595=646595×1=129319×5=38035×17=7607×85;
我們清點一下以上因數(shù)對,發(fā)現(xiàn)不多不少剛好是4對,于是自信滿滿地寫下答語——
且慢!
別忘了我們的正題——
面積為6465.95的長方形,長和寬均為一位小數(shù),則長和寬可能是多少?
既然我們是長和寬都擴了10倍來做的題,得到以上四組長和寬之后,只需要將它們?nèi)汲?0,就可以得到正題的答案——
答:這個長方形可能的長和寬有(64659.5,0.1)(12931.9,0.5)(3803.5,1.7)(760.7,8.5)共4組.
【參考】
^任何非零自然數(shù)都可以寫出有限對因數(shù)相乘的形式,例如24=1×24=2×12=3×8=4×6.
^因數(shù)對枚舉(N=a×b)通常是將N的其中一個因數(shù)b從1開始依次枚舉,我們將可能的因數(shù)b設為b1,b2,b3,···,當bn為兩位數(shù)時,b(n)與b(n+1)的差距會很大,越到后期,越要枚舉更多次才能找到下一個因數(shù),所以僅僅依靠因數(shù)對枚舉來找出較大自然數(shù)N的所有因數(shù)對是相當費時的.
^當枚舉的次數(shù)較多時,我們需要一個檢驗的辦法,比方說通過某種算法得出某數(shù)有88個因數(shù),由于因數(shù)兩兩成對,那么長和寬的組合有44組,接下來再去枚舉,心里就有底了.(此處暫時忽略因數(shù)個數(shù)為奇數(shù)的情況,事實上,只有平方數(shù)的因數(shù)個數(shù)才是奇數(shù),那時會出現(xiàn)正方形,我們暫不討論)
^非零自然數(shù)N可寫成從小到大排列的若干質(zhì)數(shù)的若干次方依次相乘的形式,且該形式稱為分解質(zhì)因數(shù)的標準形式,標準形式是唯一的,例如24分解質(zhì)因數(shù)的標準形式是:24=2^3×3.
^非零自然數(shù)N分解質(zhì)因數(shù)得到唯一的標準形式后,根據(jù)每種質(zhì)因數(shù)的次數(shù)可求出N的因數(shù)個數(shù),具體算法是“指數(shù)加一再連乘”,例如24=2^3×3^1,24有(3+1)×(1+1)=8個因數(shù),也可寫為d(24)=8.
^600的質(zhì)因數(shù)有2、3、5三種,它們的指數(shù)分別是3、1、2,特此說明.
^分解質(zhì)因數(shù)的標準形式告訴我們一個非零自然數(shù)有哪幾種“零件”(質(zhì)因數(shù)),以及每種“零件”的個數(shù)(指數(shù)),將不同種類的零件的不同個數(shù)通過乘法“組裝”在一起的過程就是制造其所有因數(shù)的過程.
^舉例:面積為0.48的長方形長是0.8,寬是0.6,若長、寬均變?yōu)樵瓉淼?0倍也就是長為8、寬為6,那么面積就是8×6=48,此時48是原面積0.48的100倍.
^使用整除特征可以快速判斷,具體做法略.
^判定非零自然數(shù)N為質(zhì)數(shù)的方法是:用比N小的質(zhì)數(shù)從小到大依次去除N,直到第一次出現(xiàn)商小于除數(shù)都未曾整除,則判定N為質(zhì)數(shù).(具體原理略)