奥数教案 第一章 高斯算法.doc

第一章 高斯算法内容精要德国有一位世界著名的数学家叫高斯（1777-1855），他上学时，老师出了一道数学题：1+2+3+100=？小高斯看了看题目，想了一下，很快说出了结果是5050。他的同学无不为之惊奇，甚至还有的同学以为他在瞎说。但小高斯得出的结果被确定是正确的。同学们，你们知道他是怎么算出来的吗？原来小高斯在认真审题的基础上，根据题的特点，发现了这样的有趣现象：1+100=101，2+99=101，3+98=101，50+51=101一共有多少个101呢？100个数，每两个数是一对，共有50对，即共有50个101，所以1+2+3+100=10150也就是：（1+100）（1002）=10150=5050由此，归纳出一个公式，是总和=（首项+末项）项数2注：在数学上，人们把1100这些数中的每一个数都叫做一个项，并把这样的一串数称作等差数列。这就是“高斯算法”的公式。有了它，好多数学竞赛中的问题解答起来就方便多了。例1计算：6000-1-2-3-99-100分析可先利用减法的性质，把原题变为6000-（1+2+3+99+100），然后再利用高斯求和公式计算。解：6000-1-2-3-99-100=6000-（1+2+3+99+100）=6000-（1+100）1002=6000-5050=950例21+2+3-4+5+6+7-8+9+25+26+27-28=分析：仔细观察这个算式，发现他很有规律地出现着一些“减数”。因此，计算时应特别细心。再此介绍三种解法。解法一可这样想：开始我们把减数当成加数来算了，所以后来应减去这些减数的2倍。解法二可这样想：四个数为1组，28个数即可分成7组。所以项数是7。变减为加，整体推算。（其中减数为4的倍数，共284=7（个）（1+28）282-（4+28）722=406-224=182分组累计从头算起每四个数为1组，分别计算每组数的得数为：2、10、1850。其和为：（2+50）72=182加数、减数分别统计。减数全部拿出以后，剩下的加数是：1+2+3+5+6+7+9+25+26+27把这些加数每3个一组，并求出每组之和：（1+2+3）+（5+6+7）+（25+26+27）=6+18+78=（6+78）72=294七个减数的和为：（4+28）72=112原式的得数为：294-112=182例3有一列数：19、22、25、28请问，这列数的前99个数（从19开始算起）的总和是多少？分析：求总和，必须先算出这个数列的末项（即第99个数）是多少。仔细观察它们的前几项，不难发现：后一个数都比它前面的数大“3”（这就叫做这个数列的公差）。如果都与第一个数相比，第二个数比第一个数多3；第三个数比第一个数多2个3；第四个数比第一个数多3个3由此不难推想出，第九十九个数一定比第一个数多98个3，它是：19+3（99-1）=19+398=19+294=313再利用高斯求和公式，得出解法。解：（19+313）992=16434答：这数列的前99个数的总和是16434.技巧点拨：根据以上解法，我们不难得出求数列末项的公式：首项+公差（项数-1）=末项这个公式在解题中有着广泛的应用，请同学们务必牢牢记住。例4从“99”开始，每隔三个数写出一个数来：99、103、107、111“1999”是这列数中的第几个数？分析首先观察这列数的前几项，发现它们从第二个数开始，每个数都比它前面的数多4（即公差），仍拿它们都与第一个数相比，第二个数比第一个数多4；第三个数比第一个数多2个4；第四个数比第一个数多3个4要知道“1999”是这列数中的第几个数，只要算一算它比第一个数多多少个“4”就可以了。解：（1999-99）4=19004=475答：“1999”是这列数中的第476（475+1）个数。技巧点拨：归纳出求项数的公式：（末项-首项）公差+1=项数例5以“63”开始每隔10个数字写出一个数来，得到：63、74、85、96一共写出了177个数（63是第一个数，74是第二个数），这177个数的和是多少？分析：要计算这177个数的和，首先必须知道它的最后一个数（即末项）是多少。解：第177个数是多少？63+（74-63）（177-1）=63+11176=1999利用高斯算法求和（63+1999）1772=20621772=182487答：他们的和是182487。例6将边长为1米的大等边三角形分割成边长为1厘米的小等边三角形（见右图）。请你算一算，分出的小等边三角形共有多少个？分析：从上往下逐层地看，就能发现一些有趣的联系。而且随着观察角度的变化，这道题目的解法还有好几种。先看尖角朝上的小三角形，它们从上往下依次是1个、2个、3个不难想象，它们的最底两层分别为99个和100个；再看尖角朝下的小三角形，它们从第二层开始，依次有1个、2个、3个最底两层分别有98个和99个。累计它们的总和为：（1+100）1002+（1+99）992=5050+4950=10000（个）把尖角朝上和尖角朝下的小三角形合起来，逐层往下看，它们依次有：1个、3个、5个、7个也不难想象到，它们共100层（即共有100项），最底一层共有199个小三角形（尖角朝上的100个，尖角朝下的99个）。累计它们的和为：（1+199）1002=2001002=10000（个）把大三角形拦腰“剪”下来，并倒着拼在右侧（如右图），这样就拼成了一个平行四边形，它共有50层，每一层里都分别有100个尖角朝上的小三角形和100个尖角朝下的小三角形，其和为：100250=10000（个）例7计算1100每个数各数位上的数字和是多少？分析：认真观察、分析这些数的组成情况，这道题目的解法也很灵活。分段统计把1100各数分成19，1019，2029，9099和100这样十一段。第一段1、2、38、9，其和为：（1+9）92=45；第二段，它们的各位上的数仍是1、2、38、9，另外还有十位上的10个1，其和为45+10=55；第三段，它们的各位上的数字之和仍是45，另加十位上的10个2，其和为：45+20=65主次类推，第十段每个数个数位上的数字和为：45+90=135；第十一段只有“100”这一个数，其数字和为1.累计这是一段每个数个数位上的数字的和为：45+55+65+135+1=（45+135）102+1=900+1=901分数位统计1100各数的个位上分别为1、2、38和9（“0”可以不考虑），而且重复出现了10次，其和为：（1+9）9210=450；它们十位上则分别连续出现10个1、10个2、10个3最后出现10个9，其和为：（10+90）92=450，也可列式为：（1+9）9210=450；它们的百位上只有1个1。累计它们的总和为：450+450+1=901搭配统计仿照高斯的计算方法，把一小一大两个数之一搭配成许多“对”，是他们的和都为99（即它们的个位或十位上的数字出现“进位”，搭配如下：1和98，2和97，3和969和90，10和8948和51，49和50，这样，一共搭配成了49个数对，加上原来的“99”，就相当于有了50个“99”，最后加上100里的数字1）。累计1100各数位上的数字和，列式为：（9+9）（1+9）50+1=1850