数学广角——植树问题

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植树问题间隔规律入门必懂数学广角

数学广角——植树问题

看图搞懂三种情形,间隔和棵数再也不出错

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植树问题间隔规律入门必懂数学广角

数学广角——植树问题

看图搞懂三种情形,间隔和棵数再也不出错

1第 1 页 · 数学广角——植树问题

什么是「间隔」

伸出左手,把五根手指张开。手指和手指之间那几条缝,在植树问题里有个正式的名字——叫做「间隔」。

间隔
相邻两个物体中间空出来的那段距离
两个端点
间隔一头一个物体,缺一个就不算
间隔有长度
可以用尺子量,有具体多少米多少厘米
手指之间的缝对应 →植树问题里的间隔

手指是端点,指缝是间隔;同样,树是端点,树之间的空段就是间隔

2第 2 页 · 什么是「间隔」

生活中的间隔现象

走在放学路上,你抬头看路灯,一根一根排得多整齐——灯和灯之间总有一段空,那就是「间隔」。其实这种规律排列,生活中到处都有。

路灯有间隔
马路上的路灯排成一排,相邻两盏灯之间,留着相同的距离
彩旗有间隔
街道边的彩旗一串串挂着,旗与旗之间均匀分开一段空
植树有间隔
植树节种树时,按相同的距离挖坑,保证小树苗之间都有间隔
士兵列队报数对应 →生活中的等间距排列

士兵每人间隔一步,和路灯、彩旗、树苗一样:相邻两个之间距离都相等

3第 3 页 · 生活中的间隔现象

两端都种

前面我们认识了「间隔」——两个相邻东西之间的空隙。现在把间隔请到马路上:在路的两头各种一棵树,中间每两个相邻的树之间就是一个间隔。

两端都种
路的最左端和最右端都种上树
棵树比间隔多1
间隔有 N 个,树就有 N+1 棵
例:100 米小路
每隔 10 米种一棵,10 个间隔种 11 棵
锯木头对应 →两端都种树

锯 N 刀得 N+1 段;两端都种 N 个间隔得 N+1 棵树

棵数=间隔数+1\text{棵数} = \text{间隔数} + 1
4第 4 页 · 两端都种

两端都种的画图方法

画植树示意图只要四步,跟着做就能画出来。

1
画一条直线
先画一条直线,代表要种树的那条路
2
标出两端
在直线两端各点一个点,作为起点和终点
3
标间隔点
按相同距离在线上标出每个间隔的分界点
4
点上画树
在两个端点和每个间隔点上都画上一棵小树
5第 5 页 · 两端都种的画图方法

一端种一端不种

我们已经会做「两端都种」了:棵数 = 间隔数 + 1。如果只在起点种、终点不种呢?

情景
只在一端种树,另一端空着不种
核心结论
棵数 = 间隔数(不再 +1)
为什么相等
起点那棵树正好占了第1个间隔
排队只贴起点线对应 →一端种一端不种

排头贴线算1个,之后每人间隔1米;最后一人后留空地

棵数=间隔数=总长间隔距离\text{棵数}=\text{间隔数}=\dfrac{\text{总长}}{\text{间隔距离}}
6第 6 页 · 一端种一端不种

一端种的画图方法

用画图把一端种的植树问题画出来,一共四步就能搞定。

1
画线段
先画一条横线段,代表要种树的那条小路
2
标长度
在线段下方写出总长度,比如 20 米
3
分间隔
按题目把线段平均分成几小段,标出间隔
4
种树
在起点画一棵,再在每个间隔点上各画一棵
7第 7 页 · 一端种的画图方法

两端都不种

如果一条路的两头都不让种树呢?比如校园围墙边的路,两端是大门没法挖坑——那就只能在中间种。

两端不种
路的两端位置空着不种,只在中间种树
棵数比间隔少1
几段间隔对应几减一棵树,4段只能种3棵
公式
棵数 = 间隔数 - 1
走廊等距挂灯笼,两端不挂对应 →两端都不种

走廊分几段,中间挂灯笼数比分段数少1

棵数=间隔数1\text{棵数} = \text{间隔数} - 1
8第 8 页 · 两端都不种

三种情况对比

「两端都种」和「一端种一端不种」公式只差一个「+1」,最容易算错,关键是看路的起止点。

两端都种
  • 公式:棵数 = 间隔数 + 1
  • 例:20米路、5米一棵 → 5棵树、4个间隔
  • 关键:首尾两端各占一棵
一端种一端不种
  • 公式:棵数 = 间隔数
  • 例:20米路、5米一棵 → 4棵树、4个间隔
  • 关键:只有一头种,另一头不种
看路的起止点。两端都种就 +1;只要有一端不种(包括两端都不种),棵数 = 间隔数,不加。
9第 9 页 · 三种情况对比

发现规律

中间的根是核心问题,三个分支归纳三种情况的棵树与间隔关系。

图解渲染中…
root植树问题核心:找棵树和间隔数的关系两端都种起点和终点都栽树一端种一端不种只在路的一头栽树两端都不种两头都不栽,只在中间栽
10第 10 页 · 发现规律

植树问题的公式

画图时我们发现,棵树和间隔数之间总差1。现在把观察到的规律整理成公式——记住公式前,先看清题目属于哪种情况。

两端都种
棵数 = 间隔数 + 1
一端种一端不种
棵数 = 间隔数
两端都不种
棵数 = 间隔数 − 1
先算间隔数
间隔数 = 总长 ÷ 间距,是解题第一步
锯木头对应 →两端都种时的棵数

锯n次得n+1段,多出的1就像多出的那1棵树

间隔数=总长间距两端都种:棵数=间隔数+1一端种一端不种:棵数=间隔数两端都不种:棵数=间隔数1\text{间隔数} = \dfrac{\text{总长}}{\text{间距}} \text{两端都种:棵数} = \text{间隔数} + 1 \text{一端种一端不种:棵数} = \text{间隔数} \text{两端都不种:棵数} = \text{间隔数} - 1
11第 11 页 · 植树问题的公式

自测练习

点击作答

校园里有一条长20米的小路,要在路的一侧每隔4米种一棵树苗(两端都种),一共需要准备多少棵树苗?

12第 12 页 · 自测练习

环形路上的植树

上节课我们学了'两端都不种'——因为少了两棵树,所以棵数比间隔数少一个。但如果是环形路呢?起点和终点是同一个地方,会发生什么变化?

环形首尾相连
走一圈会回到原点,最后一段连回起点
首尾也是一个间隔
从最后一棵树到第一棵树,中间同样算一个间隔
棵数 = 间隔数
环形里棵数和间隔数总相等,不再'少一个'
公式
间隔数 = 总长 ÷ 间距,棵数等于间隔数
手拉手围成圈对应 →环形植树

围圈时最后一人和第一人也拉手,等于把两端并到一起

棵数=间隔数=总长间距\text{棵数}=\text{间隔数}=\dfrac{\text{总长}}{\text{间距}}
13第 13 页 · 环形路上的植树

环形 vs 直线

同样等距种一圈树,直线和环形棵数居然差一棵——差就差在"封闭"二字。

直线两端都种
  • 棵数 = 间隔 + 1
  • 间隔数 = 棵数 - 1
  • 起点、终点各有一棵树
  • 典型场景:马路两边种行道树
环形(首尾相连)
  • 棵数 = 间隔
  • 间隔数 = 棵数
  • 没有端点,末棵接回首棵
  • 典型场景:圆形花坛、操场跑道外圈
看到"围成一圈/首尾相接"用棵=间隔;看到"从头到尾一条直线"用棵=间隔+1。判断词是封闭。
14第 14 页 · 环形 vs 直线

生活中的环形布点

前面练的都是直直的场景——马路、跑道、栏杆。其实生活中还有另一种布点:围成一个圆圈。花坛、路灯、圆桌就是这样的例子。

首尾相接
物体沿一个闭合圆圈摆放,最后一个又连回第一个,没有「起点」「终点」
间隔 = 棵数
环形中每两个物体之间是一个间隔,间隔数等于物体数
均匀等距
相邻两物体之间的距离处处相等,和直线布点要求一样
项链串珠子对应 →环形布点

一颗颗珠子串起来,最后一颗扣回第一颗,围成一圈——珠子数 = 间隔数

15第 15 页 · 生活中的环形布点

如何画线段图

画线段图分四步,把路、端点、间隔、棵树一一画清楚。

1
画线段
画一条横线,代表要种树的那段路
2
标端点
在两端画圆点,标出路的起点和终点
3
分间隔
把线段平均分成几段,量出每段的长度
4
标棵树
在每个分点上画小竖线,代表一棵树
16第 16 页 · 如何画线段图

如何画示意图

画植树示意图,关键是用符号代替真树,让线上的位置一目了然。

1
画一条线段
先画一条直线,代表要种树的那段路
2
标出两端
在线的两头点一个点,确定种树的范围
3
用●表示树
在每个种树点上画一个小圆点,一颗树一个点
4
标出间隔
在两个圆点之间画一短线,写上间隔的数量
17第 17 页 · 如何画示意图

本节要点回顾

  • 端点怎么处理,是三种直线情况的分水岭
  • 距离÷间隔长=间隔数,间隔数定了棵数就定了
  • 环形路线上棵数与间隔数总是相等
  • 公式记不清时,画个图就一目了然
延伸主题:已知棵数反求总距离锯木头、排队等同类问题
18第 18 页 · 本节要点回顾

课后思考

先自己琢磨,再看参考答案。三道题分别带你回顾核心、动手应用、换个角度想边界。

1为什么三种情况下「棵数」和「间隔数」的关系不同?「两端都种」为什么 +1,「两端都不种」为什么 -1?关键区别到底在哪?

参考答案看每个端点上有没有树。两端都有:起点就是第一棵树,多 1;一端没有:那个端点只是个空缺,不多不少;两端都没有:起点和终点都是空缺,少 1。核心是「端点有没有树」决定了多算还是少算。

2一条 50 米的走廊一侧,每 5 米摆一盆绿植。两端都摆要多少盆?只一端摆呢?为什么两种算法差 1 盆?

参考答案两端都摆:50÷5+1=11 盆;只一端摆:50÷5=10 盆。差的那 1 盆,正是「另一个端点要不要摆」带来的影响。把走廊想成楼梯装防滑条,同样的逻辑也成立。

3前面学过「环形」上的植树问题——棵数等于间隔数。环形的两端明明连在一起了,为什么不是「两端都种」的 +1 公式?

参考答案因为在环形上,起点就是终点——最后一棵树绕一圈后回到第一棵的位置。没有「独立的端点」让棵数比间隔数多 1。这是环形与直线最本质的区别。

19第 19 页 · 课后思考
数学广角——植树问题 · 知识图解