一個二維平面,畫N條直線,最多能把平面分成幾個部分?三種解法

題目:一個二維平面,畫六條直線,最多能把平面分成幾個部分?要是n條直線呢?

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這是一道初一數學暑假作業上的題目。

方法1:直接作圖,歸納法

這應該是作為初一題目的初衷。直接畫圖,所以第一問就是引導的。畫圖數需要有耐心和細心,這是數學所需要的特質,所以第一問能做對的還是很不錯的。

畫圖可以得出一系列結果,

n=0時,f(0)=1;

n=1時,f(1)=2;

n=2時,f(2)=4;

n=3時, f(3)=7;

n=4時,f(4)=11;

n=5時, f(5)=16;

n=6時, f(6)=22;

……

但是,越畫越複雜,能得出正確結果還是不容易的。

至於第二問就更麻煩了,得歸納出規律,雖然不難發現規律,但要用表示式表示對於初一學生還是有點難。

可以發現,f(n)=f(n-1)+n

這樣迭代下去,可以得到f(n)=1+(1+2+3+。。。+n)=1+n(n+1)/2

這一問能做出來的應該就具有學霸的潛力了,因為對於初一學生還是有點難的。

方法2:抽象的邏輯遞推

其實這個方法是第一個方法的昇華版,只是更加抽象和切中要害。當畫第n條直線時,最多能多出n-1個交點,每多出一個交點,就多出兩個部分,但這些交點所劃分的部分都是相鄰的,就像一群人手拉手,相鄰的手是重疊的,所以最終只會多出n個部分,即f(n)=f(n-1)+n。然後跟上一方法一樣可以得到f(n)=1+n(n+1)/2。

方法3:待定係數法

這個方法不是很嚴謹,但易於操作。假設f(n)=a n^2+b n +c,然後把f(0)=1;f(1)=2;f(2)=4;代入,可以求出a=b=1/2,c=1,直接得到f(n)=1/2 n^2+1/2 n +1=1+n(n+1)/2。

當然,一開始也可以到三次方項,那樣的話就多代入一個方程,計算複雜一點,但結果一樣。這個方法的缺點是,不好確定最高次到哪一項,不過根據經驗平時遇到的題目次數一般不會很高,了不起到三次項。

順便說一下四個不同的學生做這道題的情況

A同學,初一

數學成績較差,第一問就做錯了,把以上三種方法講給他聽,小夥子嘴蠻甜,問懂了沒,總是懂了,但其實並沒有懂,事後也沒有訂正。還是比較聰明的小夥子,但學習的主動性不強,只是迫於家長的壓力應付,比較浮躁,無法靜心學數學。數學已經考不及格,雖然基本概念還是掌握了,態度不改變的話,數學將會越來越差。該生文科不錯。

B同學,初一

數學成績中等偏上。小夥子拒絕做此題。因為,他連作業都不積極做的,何況額外的題目。該生是我見過最聰明的孩子,他的學習是完全放羊式的,沒有任何額外輔導,連老師的作業也不是都能完成。放學不做作業,很早就睡覺,第二天早晨五點左右醒了才趕作業。所以,他的成績好壞,完全依賴於老師的要求是否嚴格。這種狀態,小學時成績還能維持上等,初一也能勉強維持中上等,但不看好未來,因為越到後來內容越多,難度也越大,再僅憑聰明是不可能搞好學習的。他現在的心思都在遊戲上,家長無論把電腦藏在哪裡,他都能找到,設密碼也沒有用。據說這學期老師反映他的作業完不成,後來才發現是半夜起來偷玩電腦,早晨醒不了,錯過做作業的時間。不過,這個小夥子要是願意做這道題,應該沒有問題。

C同學,初一

數學成績中上等。第一天晚上做對了第一問,第二問沒有做出來,第二天又做對了第二問。他用的方法就是第一種方法。該生的特點是,並不是特別聰明的型別,但悟性還是不錯的,以前成績不是很好,但他的優點是比較用功,雖然也喜歡玩遊戲,但家長一直盯著,費了一番苦心,基本能夠控制。初一成績穩步上升,期末實現了85%的得分率,數學106,只要繼續保持努力,還有上升空間。

D同學,高一

數學成績中等,競賽生,做此題屬於“降維打擊”,沒有動手,口算就做對了,用的是第二種方法。