問題:將數字3, 4, 5, 6, 7, 8及9組成一個七位數,使得連續四個數字之和是3的倍數,那樣的數共有多少個?
答案:將這七個數各自除以3,得餘數分別為0, 1, 2, 0, 1, 2, 0。若果把七個數字組成七位數,連續四個一組,那樣由左起第1至4個數字之和,與第2至5個數字之和,都是3的倍數,當中第2至4重複,於是第1與第5個數字,餘數相同。同理得知,第2與第6,第3與第7,都是餘數相同。
以上已經有三對餘數相同,餘下左起第4個數字,餘數必是0,有3個選擇。
之後考慮第1個數字,有6個選擇;然後考慮第2個數字,有4個選擇;餘下考慮第3個數字,有2個選擇。
於是共有3×6×4×2=144個選擇。
題解中先對各數字進行餘數分類,考慮各自除以3的餘數,之後發現部分數字的餘數會成對出現,剩下一個數的餘數必是0。之後考慮到各個數有多少個選擇,相乘後就得到答案。
上邊的題目的知識門檻較低,只是將幾個數字拼成七位數,令部分數字和是3的倍數,題目很易明白,而且解題技巧中也只用上了乘法。
其中,較特別的一步是做了餘數分類,將原本的七個數化成了餘數是0, 1和2的三組,那樣算起來簡單一點。題目屬於低門檻、高技巧的一類,對於初次接觸競賽數學的學生有開闊眼界的效果。
觀察題目裏七個數字,若是隨意改動,未必可以拼成那樣的七位數,發現題目成立條件是能夠通過餘數分類為3對。若果改動一下,七個數字中可以包含0,則又要考慮0不能放在最左邊,問題又要再分類討論。若果有0, 3, 6及9,那樣成對的情況又變得更複雜。
另外,連續四個數的條件若是改動,變成連續三個數之和,那樣第1、第4與第7餘數會相同,那樣餘數只能是0,其餘的排列就變得少了,缺少發現特別的第4個數字的趣味。
數字之和是3的倍數這個條件可以改動一下,比如改成4或5的倍數,那樣在0至9共10個數字當中,餘數的分布雖然有分別,但做起來也是大同小異。
做完一道數學題之後,若稍微改動一下條件,也會產生許多小趣味。時常改動,慢慢發現在一些常見情景下各條件普遍的作用,對平常做題目有益處。不過,也不用時刻想着怎樣通過改動發揮什麼巨大的作用,即使簡單地改動一下數字,已經可以令自己對題解裏的步驟想得通透些,明白各資訊的改動怎樣影響整體的論證。
順着一些能理解的問題做些小探索,對訓練邏輯能力是有好處的,練起來又易知易行,比起練難題感覺親切多了。● 張志基
香港數學奧林匹克學校
簡介:奧校於1995年成立,為香港首間提供奧數培訓之註冊慈善機構(編號:91/4924),每年均舉辦「香港小學數學奧林匹克比賽」,旨在發掘在數學方面有潛質的學生。學員有機會選拔成為香港代表隊,獲免費培訓並參加海內外重要大賽。詳情可瀏覽:www.hkmos.org。
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