Стратегии решения математических задач

Наша стратегия поиска ответа от обратного оказывается более рациональной в данном случае. Возьмем четырехугольник ABCD с диагоналями, пересекающимися в точке E, и с точкой P, которая, на наш взгляд, может быть искомой, имеющей минимальную сумму расстояний до вершин. Соединим точку P пунктирными линиями с вершинами, как показано на рис. 3.5.

Рассмотрение треугольника APC показывает, что AP + PC > AC, поскольку сумма любых двух сторон треугольника всегда больше третьей стороны. Аналогичным образом, BP + PD > BD. В результате суммирования мы получаем, что AP + PC + BP + PD > AC + BD. Таким образом, отталкиваясь от предположения, что P может быть искомой точкой, мы находим, что выбор любой другой точки даст такой же результат. Единственной точкой, удовлетворяющей условиям задачи, является точка E на пересечении диагоналей.

Задача 3.7

Допустим, квадратные корни из уравнения x

² + 3x — 3 = 0 равны r и s. Чему равна сумма r² + s²?

Обычный подход

Обычный подход заключается в решении уравнения для значений r и s. Используя формулу для определения корней квадратного уравнения вида ax² + bx + c = 0, мы получаем:

Теперь нам нужно найти квадраты этих корней и их сумму:

Образцовое решение

Чтобы получить более изящное решение, нужно вспомнить зависимость из элементарной алгебры, в соответствии с которой сумма корней квадратного уравнения ax² + bx + c

= 0 составляет а произведение корней Из приведенного в условиях задачи уравнения мы находим, что сумма корней r + s = –3, а произведение rs = –3. При подходе от обратного, т. е. при определении суммы квадратов корней вместо прямых вычислений, как мы делали выше, для определения корней нам нужно искать эту сумму, поскольку (r + s)² = r² + s² + 2rs. Перепишем это уравнение следующим образом r² + s² = (r + s)² — 2rs.

Таким образом, значение r² + s² = (–3)² — 2 (–3) = 9 + 6 = 15.

Задача 3.8

Макс, Сэм и Джек играют в необычную карточную игру. В этой игре проигравший отдает другим игрокам столько денег, сколько у них есть. Макс проигрывает в первой партии и отдает Сэму и Джеку столько денег, сколько есть у каждого из них. Сэм проигрывает во второй партии и отдает Максу и Джеку столько денег, сколько есть у каждого из них. Джек проигрывает в третьей партии и отдает Максу и Сэму столько денег, сколько есть у каждого из них. На этом они решают закончить игру, и у каждого остается ровно $8,00. Сколько денег у каждого из игроков было перед началом игры?

Обычный подход

Задача предполагает составление ряда уравнений, представляющих каждую партию. Обозначим начальную сумму денег у каждого игрока следующим образом: Макс — x, Сэм — y, Джек — z.

В последней партии, как мы знаем, каждое из значений равно 8. Это дает следующие три уравнения с тремя неизвестными:

В результате решения системы из трех уравнений мы получаем:

x = 13, y = 7, z = 4.

Образцовое решение

Обратите внимание, что в задаче дается конечная ситуация и спрашивается, какой была начальная ситуация. Это может указывать на эффективность подхода от обратного при решении. Также заметьте, что в соответствии с описанием ситуации в игре постоянно находится одно и то же количество денег (а именно $24). Подход от обратного дает изящное решение.

Макс начинает с $13, Сэм — с $7, а Джек — с $4. Ответ получился таким же, как и при обычном подходе, однако решение было более изящным.

Задача 3.9

Ал и Стив делят пятнистых саламандр для участия в выставке. Ал отбирает для своей экспозиции саламандр с двумя пятнами, а Стив — с семью пятнами. У Ала на пять саламандр больше, чем у Стива. Всего на их саламандрах 100 пятен. Сколько саламандр на двух экспозициях?

Обычный подход

Характер этой задачи создает сложности для использования алгебры. Обычно количество саламандр у Ала обозначают как x, а количество саламандр у Стива — как y

. Это позволяет составить следующие уравнения:

x — y = 5;

2x + 7y = 100.

Для решения этих двух уравнений умножим первое из них на 2:

2x — 2y = 10;

2x + 7y = 100.

Вычитание одного уравнения из другого дает следующий результат:

9y = 90, или y = 10.

Теперь подставим значение y в первое уравнение и получим x = 15. Таким образом, у Ала и Стива вместе 15 + 10 = 25 саламандр. Это решение абсолютно правильное, но не самое изящное.

Образцовое решение

Посмотрим, можно ли упростить решение, использовав подход от обратного. Нас не спрашивают, сколько саламандр у каждого мальчика, мы должны определить сумму их саламандр. Поэтому можно начать с тех же двух уравнений. Иначе говоря, нам нужно найти x + y, а не значение каждой неизвестной. Составим те же два уравнения исходя из условий задачи.

x — y = 5;

2x + 7y = 100.

В этот раз, однако, будем искать способ определения суммы двух неизвестных.

Для этого умножим первое уравнение на 5, а второе на 2:

5x — 5y = 25;

4x + 14y = 200.