1.問題提出:有同樣大小正方形256個,拼成如圖1所示的16×16的一個大的正方形.請問如果用一條直線穿過這個大正方形的話,最多可以穿過多少個小正方形?
我們先考慮以下簡單的情況:一條直線穿越一個正方形的情況.(如圖2)
從圖2中我們可以看出,當(dāng)一條直線穿過一個小正方形時,這條直線最多與正方形上、下、左、右四條邊中的兩個邊相交,所以當(dāng)一條直線穿過一個小正方形時,這條直線會與其中某兩條邊產(chǎn)生兩個交點,并且以兩個交點為頂點的線段會全部落在小正方形內(nèi).
這就啟發(fā)我們:為了求出直線L最多穿過多少個小正方形,我們可以轉(zhuǎn)而去考慮當(dāng)直線L穿越由小正方形拼成的大正方形時最多會產(chǎn)生多少個交點.然后由交點數(shù)去確定有多少根小線段,進而通過線段的根數(shù)確定下正方形的個數(shù).
再讓我們來考慮3×3正方形的情況(如圖3):為了讓直線穿越更多的小正方形,我們不妨假設(shè)直線L右上方至左下方穿過一個3×3的正方形,我們從兩個方向來分析直線l穿過3×3正方形的情況:從上下來看,這條直線由下至上最多可穿過上下平行的兩條線段;從左右來看,這條直線最多可穿過左右平行的四條線段;這樣直線L最多可穿過3×3的大正方形中的六條線段,從而直線L上會產(chǎn)生6個交點,這6個交點之間的5條線段,每條會落在一個不同的正方形內(nèi),因此直線L最多能經(jīng)過5個小正方形.
問題解決:
(1)有同樣大小的小正方形16個,拼成如圖4所示的4×4的一個大的正方形.請問如果用一條直線穿過這個大正方形的話,最多可以穿過7個小正方形?
(2)有同樣大小的小正方形100個,拼成10×10的一個大的正方形.請問如果用一條直線穿過這個大正方形的話,最多可以穿過19個小正方形?
(3)有同樣大小的小正方形256個,拼成16×16的一個大的正方形.請問如果用一條直線穿過這個大正方形的話,最多可以穿過31個小正方形?
(4)請問如果用一條直線穿n×n大正方形的話,最多可以穿過2n-1個小正方形?
拓展探究:
(5)請問如果用一條直線穿2×3大長方形的話(如圖5),最多可以穿過4個小正方形?
(6)請問如果用一條直線穿3×4大長方形的話(如圖6),最多可以穿過6個小正方形?
(7)請問如果用一條直線穿m×n大長方形的話,最多可以穿過m+n-1個小正方形?
請將你的推理過程進行簡要的敘述.
類比探究:由二維的平面我們可以聯(lián)想到三維的立體空間,平面中的正方形中四條邊可聯(lián)想到正方體中的正方形的六個面,類比上面問題解決的方法解決如下問題.
(8)如圖①有同樣大小的小正方體8個,拼成如圖①所示的2×2×2的一個大的正方體.請問如果用一條直線穿過這個大正方體的話,最多可以穿過多少個小正方體?
(9)請問如果用一條直線穿過n×n×n大正方體的話,最多可以穿過多少個小正方體?