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给我印象深刻的一些数学思想(三):利用周期,缩小范围

一个周长2π的单位圆周,即可映射长度无限的实数轴

我们直接从案例入手,仍然用上期的那道题目,不过这次用的是原题:

  • 上期:1~100这100个自然数中选取任意52个(不能重复选),其中必然可以挑出2个,这2个数的和是100;

  • 本期:在全部自然数中,任意取52个不相同的数,是否存在其中两个数,其和为100的整数倍?

有没有发现,上期的命题其实已经非常简化了。如果直接抛给你本期的题目,你如何做?这道题目正如我上期所说,具有难题的特征:

  1. 大白话,你能轻松阅读题目意思;

  2. 开放性,没有给你明确的方向。你需要自己先判断,再验证。

通过比较,读者不难发现,这两个命题最大的不同就在于,我把第二个命题的范围缩小到1~100这个区间去讨论。那么,为什么可以这么做?小范围的讨论结果能够反映原命题的结果么?我们一起解读一下第二个命题。

  • 首先,如果直接在全体自然数,或者更大的整数范围内去研究本命题,就算你是计算机,也无法下手。事实上,这道题就是计算机系的算法题目;

  • 第二,基于上面的困境。我们需要把研究范围缩小,让人工或者机器可以有的放矢。这道题目中有一句话“100的整数倍”,任意一个自然数,比如5,与自然数105、205、505、1000005等,都可以视为相同的数。为什么?因为其他数字与这些数的和,互相只差100的整数倍。比如再任意取一个数字,比如6。5+6=11,105+6=111,205+6=211,11和111差是100,11和211差是200,都是100的整数倍;

  • 第三,根据上述可知,这个命题带有周期性的特点。我们可以利用周期性的特点,把讨论的范围放在某一个连续周期长度内。即,在连续100个自然数中讨论即可。我们选择1~100这100个连续的自然数,也可以选择2~101这100个连续的自然数,只要是一个连续周期即可。

这样,无论你是人工推演,或者机器遍历,都只需研究100个数字就可以了。就算你挨个试一遍,其所有的可能性是有限的,相信也花不了太多时间。

利用周期缩小研究范围,这种数学思想,通常可以令很多因为范围太大而无法下手的问题,变得可以轻松研究。至于如何去做,有很多方法。大家可以慢慢去总结、体会。

常见的连续周期函数,三角函数类

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