面积为6465.95的长方形(面积为6465.95的长方形)

面积为6465.95的长方形(面积为6465.95的长方形)(1)

首先需要说的是,这是一道几何与数论与小数计算相结合的适合4~6年级学生的小学数学题.如果要向小学生讲这道题,最好先确保TA已经完全理解以下2道铺垫题——【铺垫1】

面积为60的长方形,长和宽均为整数,则长和宽可能是多少?

已知面积反推长和宽,且长和宽均为整数,我们立刻能够想到可以对面积进行因数对分解[1]:

60=60×1=30×2=20×3=15×4=12×5=10×6;

答:这个长方形可能的长和宽有(60,1)(30,2)(20,3)(15,4)(12,5)(10,6).

【铺垫2】

面积为600的长方形,长和宽均为整数,则长和宽可能是多少?

同样是已知面积反推长和宽,且长和宽均为整数,所以我们仍然可以用铺垫1中的因数对分解法;

但由于面积600分解出的因数对较多,仅仅依靠因数对枚举费时[2]且缺少验证手段[3],所以可以考虑先对600进行质因数分解[4]:

600=2^3×3×5^2;

有了标准形式,我们再使用因数个数定理[5]:

d(600)=(3 1)×(1 1)×(2 1)=24;[6]

所以600有24个因数,理论上存在12个因数对,我们可以在“600=2^3×3×5^2”的辅助下尝试枚举[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;

我们清点一下以上因数对,发现不多不少刚好是12对,于是自信满满地写下答语——

答:这个长方形可能的长和宽有(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组.

【正题】

铺垫到此结束,接下来我们回归正题——

面积为6465.95的长方形,长和宽均为一位小数,则长和宽可能是多少?

现在我们明白了——数论是解析整数的学问,而上题却出现了小数,所以让我们很难想到对其进行质因数分解;

那如何才能将铺垫题中的知识运用在这道题中呢?

我们可以将有小数的题进行扩倍改造:

一个长方形的长扩为原来的10倍,宽也扩为原来的10倍,那么面积应该扩为原来的100倍[8];

于是我们可以将上题等价转化为——

面积为646595的长方形,长和宽均为整数,则长和宽可能是多少?

646595是一个相当大的数,我们肯定不愿意一上来就对它进行因数对分解,而是应该“遇事不决质因分解”:

注意到646595末尾为5,所以646595=5×129319;

对129319分别除以2、3、5、7、11、13均不能整除[9],而129319÷17=7607;

对7607分别除以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,第一次出现商小于除数,那么我们可以判定7607为质数[10];

经过漫长的计算,我终于得到646595分解质因数的标准形式——

646595=5×17×7607;

接着我们计算646595的因数个数——

d(646595)=(1 1)×(1 1)×(1 1)=8;

所以646595有8个因数,理论上存在4个因数对,我们可以在“646595=5×17×7607”的辅助下尝试枚举——

646595=646595×1=129319×5=38035×17=7607×85;

我们清点一下以上因数对,发现不多不少刚好是4对,于是自信满满地写下答语——

且慢!别忘了我们的正题——

面积为6465.95的长方形,长和宽均为一位小数,则长和宽可能是多少?

既然我们是长和宽都扩了10倍来做的题,得到以上四组长和宽之后,只需要将它们全都除以10,就可以得到正题的答案——答:这个长方形可能的长和宽有(64659.5,0.1)(12931.9,0.5)(3803.5,1.7)(760.7,8.5)共4组.参考
  1. ^任何非零自然数都可以写出有限对因数相乘的形式,例如24=1×24=2×12=3×8=4×6.
  2. ^因数对枚举(N=a×b)通常是将N的其中一个因数b从1开始依次枚举,我们将可能的因数b设为b1,b2,b3,···,当bn为两位数时,b(n)与b(n 1)的差距会很大,越到后期,越要枚举更多次才能找到下一个因数,所以仅仅依靠因数对枚举来找出较大自然数N的所有因数对是相当费时的.
  3. ^当枚举的次数较多时,我们需要一个检验的办法,比方说通过某种算法得出某数有88个因数,由于因数两两成对,那么长和宽的组合有44组,接下来再去枚举,心里就有底了.(此处暂时忽略因数个数为奇数的情况,事实上,只有平方数的因数个数才是奇数,那时会出现正方形,我们暂不讨论)
  4. ^非零自然数N可写成从小到大排列的若干质数的若干次方依次相乘的形式,且该形式称为分解质因数的标准形式,标准形式是唯一的,例如24分解质因数的标准形式是:24=2^3×3.
  5. ^非零自然数N分解质因数得到唯一的标准形式后,根据每种质因数的次数可求出N的因数个数,具体算法是“指数加一再连乘”,例如24=2^3×3^1,24有(3 1)×(1 1)=8个因数,也可写为d(24)=8.
  6. ^600的质因数有2、3、5三种,它们的指数分别是3、1、2,特此说明.
  7. ^分解质因数的标准形式告诉我们一个非零自然数有哪几种“零件”(质因数),以及每种“零件”的个数(指数),将不同种类的零件的不同个数通过乘法“组装”在一起的过程就是制造其所有因数的过程.
  8. ^举例:面积为0.48的长方形长是0.8,宽是0.6,若长、宽均变为原来的10倍也就是长为8、宽为6,那么面积就是8×6=48,此时48是原面积0.48的100倍.
  9. ^使用整除特征可以快速判断,具体做法略.
  10. ^判定非零自然数N为质数的方法是:用比N小的质数从小到大依次去除N,直到第一次出现商小于除数都未曾整除,则判定N为质数.(具体原理略)
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