高斯巧解數(shù)學(xué)題

李青

德國(guó)著名大科學(xué)家高斯（1777-1855）出生在一個(gè)貧窮的家庭. 他八歲時(shí)進(jìn)入鄉(xiāng)村小學(xué)讀書(shū). 教數(shù)學(xué)的老師是一個(gè)從城里來(lái)的人，覺(jué)得在一個(gè)窮鄉(xiāng)僻壤教幾個(gè)小孩子讀書(shū)，真是大材小用. 他又有些偏見(jiàn)：窮人的孩子天生都是笨蛋，教這些蠢笨的孩子念書(shū)不必認(rèn)真，如果有機(jī)會(huì)還應(yīng)該處罰他們，使自己在這枯燥的生活里增添一些樂(lè)趣.

這一天正是數(shù)學(xué)老師情緒低落的一天. 同學(xué)們看到老師那抑郁的臉孔，心里畏縮起來(lái)，知道老師又會(huì)在今天捉這些學(xué)生處罰了.

“你們今天替我算從1加2加3一直到100的和. 誰(shuí)算不出來(lái)就罰他不能回家吃午飯. ”老師講了這句話后就一言不發(fā)地拿起一本小說(shuō)坐在椅子上看去了.

教室里的小朋友們拿起石板開(kāi)始計(jì)算：“1加2等于3，3加3等于6，6加4等于10……”一些小朋友加到一個(gè)數(shù)后就擦掉石板上的結(jié)果，再加下去，數(shù)越來(lái)越大，很不好算. 有些孩子的小臉孔漲紅了，有些手心、額上滲出了汗珠.

過(guò)了一會(huì)兒，小高斯拿起了他的石板走上前去：“老師，答案是不是這樣？”

老師頭也不抬，揮著那肥厚的手，說(shuō)：“去，回去再算！錯(cuò)了！”他想不可能這么快就會(huì)有答案的.

可是高斯卻站著不動(dòng)，把石板伸向老師面前：“老師，我想這個(gè)答案是對(duì)的. ”

數(shù)學(xué)老師本來(lái)想怒吼起來(lái)，可是一看石板上整整齊齊寫(xiě)了這樣的數(shù)：5 050，他驚奇起來(lái)，因?yàn)樗约涸?jīng)算過(guò)，得到的數(shù)也是5 050，這個(gè)8歲的小鬼怎么這樣快就得到了這個(gè)數(shù)值呢？

高斯解釋他發(fā)現(xiàn)的一個(gè)方法，這個(gè)方法就是古希臘人和中國(guó)人用來(lái)計(jì)算級(jí)數(shù)1+2+3+…+n的方法. 高斯的發(fā)現(xiàn)使老師覺(jué)得羞愧，覺(jué)得自己以前目空一切和輕視窮人家的孩子的觀點(diǎn)是不對(duì)的. 他以后也認(rèn)真教起書(shū)來(lái)，并且還常從城里買(mǎi)些數(shù)學(xué)書(shū)自己進(jìn)修并借給高斯看. 在他的鼓勵(lì)下，高斯以后便在數(shù)學(xué)上做了一些重要的研究. 長(zhǎng)大后他成為當(dāng)時(shí)最杰出的數(shù)學(xué)家，數(shù)學(xué)家稱呼他為“數(shù)學(xué)王子”.

親愛(ài)的同學(xué)，讀完故事你可以解決下面的問(wèn)題嗎？

1. 從故事中你學(xué)到了什么數(shù)學(xué)知識(shí)？

2. 你會(huì)計(jì)算1+2+3+…+100嗎？

3. 小組討論交流.

4. 歸納：若干個(gè)數(shù)排成一列稱為數(shù)列，數(shù)列中的每一個(gè)數(shù)稱為一項(xiàng)，其中第一項(xiàng)稱為首項(xiàng)，最后一項(xiàng)稱為末項(xiàng). 后項(xiàng)與前項(xiàng)之差都相等的數(shù)列稱為等差數(shù)列，后項(xiàng)與前項(xiàng)之差稱為公差.

例如：（1） 1，2，3，4，5，…，100；

（2） 2，4，6，8，10，…，90；

（3） 3，6，9，12，15，…，99.

其中（1）是首項(xiàng)為1，末項(xiàng)為100，公差為1的等差數(shù)列；（2）是首項(xiàng)為2，末項(xiàng)為90，公差為2的等差數(shù)列；（3）是首項(xiàng)為3，末項(xiàng)為99，公差為3的等差數(shù)列.

由高斯的巧算方法，我們可以得到等差數(shù)列的求和公式：

和=（首項(xiàng)+末項(xiàng)）×項(xiàng)數(shù)÷2.

有了這個(gè)公式，我們就可以解決下面的問(wèn)題了，一起試一試吧！

例1 1+2+3+…+1 999=？

【分析與解】這串加數(shù)1，2，3，…，1 999是等差數(shù)列，首項(xiàng)是1，末項(xiàng)是1 999，共有1 999個(gè)數(shù). 由等差數(shù)列求和公式可得

原式=（1+1 999）×1 999÷2=1 999 000.

【注意】利用等差數(shù)列求和公式之前，一定要判斷題目中的各個(gè)加數(shù)是否構(gòu)成等差數(shù)列.

例2 11+12+13+…+31=？

【分析與解】這串加數(shù)11，12，13，…，31是等差數(shù)列，首項(xiàng)是11，末項(xiàng)是31，共有31-11+1=21（項(xiàng)）.

原式=（11+31）×21÷2=441.

在利用等差數(shù)列求和公式時(shí)，有時(shí)項(xiàng)數(shù)并不是一目了然的，這時(shí)就需要先求出項(xiàng)數(shù). 根據(jù)首項(xiàng)、末項(xiàng)、公差的關(guān)系，可以得到項(xiàng)數(shù)=（末項(xiàng)-首項(xiàng)）÷公差+1，末項(xiàng)=首項(xiàng)+公差×（項(xiàng)數(shù)-1）.

例3 3+7+11+…+99=？

【分析與解】3，7，11，…，99是公差為4的等差數(shù)列，項(xiàng)數(shù)=（99-3）÷4+1=25，原式=（3+99）×25÷2=1 275.

例4 求首項(xiàng)是25，公差是3的等差數(shù)列的前40項(xiàng)的和.

解：末項(xiàng)=25+3×（40-1）=142，

和=（25+142）×40÷2=3 340.

例5 盒子里放有3只乒乓球，一位魔術(shù)師第一次從盒子里拿出1只球，將它變成3只球后放回盒子里；第二次又從盒子里拿出2只球，將每只球各變成3只球后放回盒子里……第十次從盒子里拿出10只球，將每只球各變成3只球后放回盒子里. 這時(shí)盒子里共有多少只乒乓球？

【分析與解】一只球變成3只球，實(shí)際上多了2只球. 第一次多了2只球，第二次多了2×2只球……第十次多了2×10只球. 因此拿了十次后，多了

2×1+2×2+…+2×10

=2×（1+2+…+10）

=2×55=110（只）.

加上原有的3只球，盒子里共有球110+3=113（只）.

綜合列式為：

（3-1）×（1+2+…+10）+3

=2×[（1+10）×10÷2]+3=113（只）.

學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)是場(chǎng)奇妙的旅行，讓我們懷著愉悅的心情來(lái)享受數(shù)學(xué)，經(jīng)歷它的趣味和生命，感悟符號(hào)后面的情感和人生.

（作者單位：江蘇省連云港市贛榆外國(guó)語(yǔ)學(xué)校）