小學(xué)五年級奧數(shù)題目——變換

　　任給一個自然數(shù)n，如果n是偶數(shù)，則將它除以2；如果n是奇數(shù)，則將它乘以3，再加上1，我們稱這種作法為對于數(shù)n的變換.例如，對于數(shù)5，按照上述規(guī)則進(jìn)行一次變換得到。

　　3×5＋1＝16.

　　對16施行變換得16÷2＝8.

　　將這種變換繼續(xù)下去，有

　　8÷2＝4，4÷2＝2，

　　2÷2＝1，1×3＋1＝4，

　　4÷2＝2，2÷2＝1，

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　　有趣的是，對于數(shù)5，按照上面所要求的規(guī)則不斷變換下去，最終出現(xiàn)形如

　　4→2→1→4→2→1→……的重復(fù).

　　還可以以6為例按上述指定規(guī)則進(jìn)行變換，得到

　　6→3→10→5→16→8

　　4→2→1→4→2→1→……

　　再如18，

　　18→9→28→14→7→22→

　　11→34→17→52→26→13→

　　40→20→10→5→16→8→

　　我們發(fā)現(xiàn)在這種指定變換下，無論開始是哪個自然數(shù)，最終總得到形如

　　4→2→1→4→2→1的循環(huán)、重復(fù).

　　遺憾的是我們不能僅憑列舉若干自然數(shù)，就斷定對任何自然數(shù)n都具備這種性質(zhì)。事實上，到目前為止，還沒有誰能證明這一點。

　　在競賽中我們會遇到一些類似的變換，有時候是對一個數(shù)連續(xù)進(jìn)行某種指定變換，有時候是對一組數(shù)連續(xù)進(jìn)行某種指定變換。在紛亂多樣的變化中，卻隱藏著某種規(guī)律，而我們解決這些問題的關(guān)鍵，就在于透過表面現(xiàn)象，從“萬變”中揭示出“不變”的數(shù)量關(guān)系。

　　例1對任意兩個不同的自然數(shù)，將其中較大的數(shù)換成這兩數(shù)之差，稱為一次變換。如對18和42可進(jìn)行這樣的連續(xù)變換：

　　18，42→18，24→18，6→12，6→6，6。

　　直到兩數(shù)相同為止。問：對12345和54321進(jìn)行這樣的連續(xù)變換，最后得到的兩個相同的數(shù)是幾？為什么？

　　解如果兩個數(shù)的最大公約數(shù)是a，那么這兩個數(shù)之差與這兩個數(shù)中的任何一個數(shù)的最大公約數(shù)也是a。因此在每次變換的過程中，所得兩數(shù)的最大公約數(shù)始終不變，所以最后得到的兩個相同的數(shù)就是它們的最大公約數(shù)。因為12345和54321的最大約數(shù)是3，所以最后得到的兩個相同的數(shù)是3。

　　說明這個變換的過程實際上就是求兩數(shù)最大公約數(shù)的輾轉(zhuǎn)相除法。

　　例2在圖1中，對任意相鄰的上下或左右兩格中的數(shù)字同時加1或減1，這算作一次變換。經(jīng)過若干次變換后，圖1變?yōu)閳D2。問：圖2中A格中的數(shù)字是幾？

　　解每次變換都是在相鄰的兩格，我們將相鄰的兩格染上不同的顏色（如圖3）。因為每次變換總是一個黑格與一個白格的數(shù)字同時加上或減1，所以所有黑格內(nèi)的數(shù)字之和與所有白格內(nèi)數(shù)字之和的差保持不變。因為圖1的這個差是13，所以圖2的這個差也是13。由（A＋12）－12＝13得A＝13。

　　例3黑板上寫著三個整數(shù)，任意擦去其中一個，將它改寫成為其它兩數(shù)之和減1，這樣繼續(xù)下去，最后得到3，1997，1999，問原來的三個數(shù)能否是2，2，2？

　　解答案是否定的。

　　注意到2，2，2按照題設(shè)中的方式首先變換為2，2，3，再變換下去必定其中兩個為偶數(shù)，一個為奇數(shù)（數(shù)值可以改變，但奇偶性不變）。但3，1997，1999是三個奇數(shù)，所以2，2，2永遠(yuǎn)不會按照所述方式變?yōu)?，1997，1999。

　　想想練練

　　1.黑板上寫著1～15共15個數(shù)，每次任意擦去兩個數(shù)，再寫上這兩個數(shù)的和減1。例如，擦掉5和11，要寫上15。經(jīng)過若干次后，黑板上就會剩下一個數(shù)，這個數(shù)是幾？

　　2.在黑板上任意寫一個自然數(shù)，然后用與這個自然數(shù)互質(zhì)并且大于1的最小自然數(shù)替換這個數(shù)，稱為一次變換。問最多經(jīng)過多少次變換，黑板上就會出現(xiàn)2？

　　3.口袋里裝有101張小紙片，上面分別寫著1～101。每次從袋中任意摸出5張小紙片，然后算出這5張小紙片上各數(shù)的和，再將這個和的后兩位數(shù)寫在一張新紙片上放入袋中。經(jīng)過若干次這樣做后，袋中還剩下一張紙片，這張紙片上的數(shù)是幾？

　　4.在一個圓上標(biāo)出一些數(shù)：第一次先把圓周二等分，在兩個分點分別標(biāo)上2和4。第二次把兩段半弧分別二等分，在分點標(biāo)上相鄰兩數(shù)的平均數(shù)3（圖4）。第三次把四段弧再分別二等分，在四個分點分別標(biāo)上相鄰兩分點兩數(shù)的平均數(shù)。如此下去，當(dāng)?shù)?次標(biāo)完后，圓周上所有標(biāo)出的數(shù)的總和是多少？