第7讲牛吃草问题。
内容概述】牛吃草问题在普通工程问题的基础上,工作总量随工作时间均匀的变化,这样就增加了难度。
牛吃草问题的关键是求出工作总量的变化率。
下面给出几例牛吃草及其相关问题。
典型问题】1】草场有一片均匀生长的草地,可供27头牛吃6周,或供23头牛吃9周,那么它可供21头牛吃几周?(这类问题由牛顿最先提出,所以又叫“牛顿问题”。)
分析与解】27头牛吃6周相当于27×6=162头牛吃1周时间,吃了原有的草加上6周新长的草;
23头牛吃9周相当于23×9=207头牛吃1周时间,吃了原有的草加上9周新长的草;于是,多出了207-162=45头牛,多吃了9-6=3周新长的草,所以45÷3=15头牛1周可以吃1周新长出的草,即相当于给出15头牛专门吃新长出的草,于是27-15=12头牛6周吃完原有的草,现在有21头牛,减去15头吃长出的草,于是21-15=6头牛来吃原来的草;所以需要12×6÷6=12(周),于是2l头牛需吃12周。
评注】我们求出单位“1”面积的草需要多少头年来吃,这样就把问题化归为一般工程问题了。
一般方法】先求出变化的草相当于多少头牛来吃:(甲牛头数×时间甲-乙牛头数×时间乙)÷(时间甲-时间乙);
再进行如下运算:(甲牛头数-变化草相当头数)×时问甲÷(丙牛头数-变化草相当头数)=时间丙。
或者:(甲牛头数-变化草相当头数)×时间甲÷时间丙+变化草相当头数丙所需的头数。
2】有三块草地,面积分别是4公顷、8公顷和10公顷,草地上的草一样厚而且长得一样快。第一块草地可供24头牛吃6周,第二块草地可供36头牛吃12周。问:
第三块草地可供50头牛吃几周?
分析与解】我们知道24×6=144头牛吃一周吃2个(2公顷+2公顷周长的草),36×12=432头牛吃一周吃4个(2公顷+2公顷12周长的草),于是144÷2=72头牛吃一周吃2公顷+2公顷6周长的草,432÷4=108头牛吃一周吃2公顷+2公顷12周长的草,所以108-72=36头牛一周吃2公顷12-6=6周长的草,即36÷6=6头牛1周吃2公顷1周长的草。
对每2公顷配6头牛专吃新长的草,则正好,于是4公顷,配4÷2×6=12头牛专吃新长的草,即24-12=12头牛吃6周吃完4公顷,所以1头牛吃6×1÷(4÷2)=36周吃完2公顷。
所以10公顷,需要10÷2×6=30头牛专吃新长的草,剩下50-30=20头牛来吃10公顷草,要36×(10÷2)÷20=9周,于是50头牛需要9周吃10公顷的草。
3】如图,一块正方形的草地被分成完全相等的四块和中间的阴影部分,已知草在各处都是同样速度均匀生长。牧民带着一群牛先在①号草地上吃草,两天之后把①号草地的草吃光。(在这2天内其他草地的草正常生长)之后他让一半牛在②号草地吃草,一半牛在③号草地吃草,6天后又将两个草地的草吃光。
然后牧民把的牛放在阴影部分的草地中吃草,另外号的牛放在④号草地吃草,结果发现它们同时把草场上的草吃完。那么如果一开始就让这群牛在整块草地上吃草,吃完这些草需要多少时间?
分析与解】一群牛,2天吃了1块+1块2天新长的;一群牛,6天吃了2块+2块2+6=8天新长的;即3天,吃了1块+1块8天新长的,即群牛,1天,吃了1块1天新长的。
又因为,的牛放在阴影部分的草地中吃草,另外的牛放在④号草地吃草,它们同时吃完。所以,③=2阴影部分面积。于是,整个为4+=块地,那么需要×=群牛吃新长的草,于是(1-)×2×=现在×(1-),所以需要吃:
(1-)×2×÷(1-)=30天。
所以,一开始将一群牛放到整个草地,则需吃30天。
4】现在有牛、羊、马吃一块草地的草,牛、马吃需要45天吃完,马、羊吃需要60天吃完,牛、羊吃需要90天吃完;牛、羊一起吃草的速度为马吃草的速度。求马、牛、羊一起吃,需多少时间?
分析与解】我们注意到:牛、马45天吃了原有+45天新长的草①→牛、马90天吃了2原有+90天新长的草⑤
马、羊60天吃了原有+60天新长的草②
牛、羊90天吃了原有+90天新长的草③
马90天吃了原有+90天新长的草④
所以,由④、⑤知,牛吃了90天,吃了原有的草;再结合③知,羊吃了90天,吃了90天新长的草,所以,可以将羊视为专门吃新长的草。
所以,②知马60天吃完原有的草,③知牛90天吃完原有的草。
现在将牛、马、羊放在一起吃;还是让羊吃新长的草,牛、马一起吃原有的草。
所需时间为l÷(+36天。所以,牛、羊、马一起吃,需36天。
5】有三片牧场,场上草长得一样密,而且长得一样快,它们的面积分别是公顷、10公顷和24公顷。已知12头牛4星期吃完第一片牧场的草,21头牛9星期吃完第二片牧场的草,那么多少头牛18星期才能吃完第三片牧场的草?
分析与解】由于三片牧场的公顷数不一致,给计算带来困难,如果将其均转化为1公顷时的情形。表1表2
所以表1中,3.6-0.9=2.
7头牛吃4星期吃完l公顷原有的草,那么18星期吃完1公顷原有的草需要2.7÷(18÷4)=0.6头牛,加上专门吃新长草的o.
9头牛,共需0.6+0.9=1.
5头牛,18星期才能吃完1公顷牧场的草。
所以需1.5×24=36头牛18星期才能吃完第三片牧场的草。
第8讲不定方程与整数分拆。
内容概述】求二元一次方程与多元一次方程组的自然数解的方法,与此相关或涉及整数分拆的数论问题。
补充说明:对于不定方程的解法,本讲主要利用同余的性质来求解,对于同余性质读者可参考《思维导引详解》五年级《第15讲余数问题》。
解不定方程的4个步骤:①判断是否有解;②化简方程;③求特解;④求通解。
本讲讲解顺序:③包括题④②①包括题③包括题,其中③④步骤中加入百鸡问题。
复杂不定方程:⑧、依次为三元不定方程、较复杂不定方程、复杂不定方程。
整数分拆问题。
1】在两位数中,能被其各位数字之和整除,而且除得的商恰好是4的数有多少个?
分析与解】设这个两位数为,则数字和为a+b,这个数可以表达为10a+b,有(10a+b)÷(a+b)=4。
即10a+b=4a+4b,亦即b=2a。
注意到a和b都是0到9的整数,且a不能为0,因此a只能为或4,相应地b的取值为。
综上分析,满足题目条件的两位数共有4个,它们是和48。
2】设a和b都是自然数,并且满足+=,那么a+b等于多少?
分析与解】将等式两边通分,有3a+11b=17,显然有b=l,a=2时满足,此时a+b=2+1=3。
3】甲级铅笔7分钱一支,乙级铅笔3分钱一支。张明用5角钱恰好可以买这两种不同的铅笔共多少支?
分析与解】设购买甲级铅笔x支,乙级铅笔y支。
有7x+3y=50,这个不定方程的解法有多种,在这里我们推荐下面这种利用余数的性质来求解的方法:
将系数与常数对3取模(系数7,3中,3最小):
得x=2(mod3),所以x可以取2,此时y取12;x还可以取2+3=5,此时y取5;
即、,对应x+y为
所以张明用5角钱恰好可以买这两种不同的铅笔共14支或10支。
4】有纸币60张,其中1分、l角、1元和10元各有若干张。问这些纸币的总面值是否能够恰好是100元?
分析与解】设1分、1角、1元和10元纸币分别有a张、b张、c张和d张,列方程如下:,由①②得9b+99c+999d=9940③
注意到③式左边是9的倍数,而右边不是9的倍数,因此无整数解,即这些纸币的总面值不能恰好为100元。
5】将一根长为374厘米的合金铝管截成若干根36厘米和24厘米两种型号的短管,加工损耗忽略不计。问:剩余部分的管子最少是多少厘米?
分析与解】24厘米与36厘米都是12的倍数,所以截成若干根这两种型号的短管,截去的总长度必是12的倍数,但374被12除余2,所以截完以后必有剩余,剩余管料长不小于2厘米。
另一方面,374=27×12+4×12+2,而36÷12=3,24÷12=2,有3×9+2×2=31,即可截成9根36厘米的短管与2根24厘米的短管,剩余2厘米。因此剩余部分的管子最少是2厘米。
6】某单位的职工到郊外植树,其中有男职工,也有女职工,并且有寺的职工各带一个孩子参加。男职工每人种13棵树,女职工每人种10棵树,每个孩子种6棵树,他们一共种了216棵树。那么其中有多少名男职工?
分析与解】设男职工x人,孩子y人,则女职工3y-x人(注意,为何设孩子数为y人,而不是设女职工为y人),那么有13x+10(3y-x)+6y=216,化简为3x+36y=216,即x+12y=72。
有、、、但是,女职工人数为3y-x必须是自然数,所以只有时,3y-x=3满足。那么男职工数只能为12名。
7】一居民要装修房屋,买来长0.7米和o.8米的两种木条各若干根。
如果从这些木条中取出一些接起来,可以得到许多种长度的木条,例如:o.7+o.
7=1.4米,0.7+0.
8=1.5米。那么在3.
6米、3.8米、3.4米、3.
9米、3.7米这5种长度中,哪种是不可能通过这些木条的恰当拼接而实现的?
分析与解】设0.7米,0.8米两种木条分别x,y根,则0.7x+0.8y=3.4,3.6,…
即7x+8y=34,36,37,38,39。
将系数,常数对7取模,有y≡6,l,2,3,4(mod7),于是y最小分别取6,1,2,3,4。
但是当y取6时,8×6=48超过34,x无法取值。所以3.4米是不可能通过这些木条的恰当拼接而实现的。
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