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数学花园漫游记:数数问题的解决方法

时间:2023-07-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:但也有一些数,不能用“1、2、3……”数学的研究说明,平均数总是更加接近实际。数理统计可以帮助我们解决这个问题。这样,就在数理统计的基础上,发展出一整套调查动植物资源和研究许多其他问题的方法。但不论是哪种数数的方式,殊途同归,目的都是为了解决人们生产生活中遇到的问题,体现人类智慧的力量。

数学花园漫游记:数数问题的解决方法

谁不会数数?这也算个问题?

当然啰,人有几个手指头,屋子里有几把椅子,这谁都会数。

但也有一些数,不能用“1、2、3……”这样常规的方法去数。

比如中国有10多亿人口,如果1、2、3……这样地数,就算1秒钟数2个,1天24小时不停地数,也只能数24×60×60×2=172800个,1年数172800×365=63072000个,10多亿个就要数20多年。在这段时间内,不知有多少人死去,多少人出生,怎么数得清呢?

又比如教室里有多少座位,我们一般不是一个一个地数,而是数数有多少排,每一排有多少个座位,然后用乘法来计算。

有一些数字很大,又只需要一个比较粗略的近似值,这时候,我们就要利用种种办法进行估计。一本书有多少字?大体上可以用页数乘上每页的行数,再乘上每行的字数来估计。

不过,即使是估计,有时候也需要认真思考,才能找到一个切实可行的好办法。

例如,你头上有多少根头发?

据说,人的头发有几十万根之多,当然不可能一根一根地去数。你想用乘法来计算,可是头发不是成行成垄、整整齐齐地排好的。

一种切实可行的办法,是测量一下长着头发的皮肤面积有多大,再数一数1平方厘米的头皮上有多少根头发,这是可以数得清的。

当然啰,头上这1平方厘米和那1平方厘米的头发可能不一样多。我们可以仔细观察一下,选有代表性的1平方厘米。

数头发并不重要,数森林中的树有多少棵,可是一件重要的事。这两个问题十分相似,可以用相同的办法去解决。

但是,森林中的树长得有稀有密,我们很难走遍整个林区,来挑选一块最典型的地方。这怎么办呢?

最好的办法是任意挑选若干块地方,分别计算,然后求出平均数来。数学的研究说明,平均数总是更加接近实际。

研究这类问题的数学叫做数理统计。这是现代数学中一个非常活跃的分支。这里用的方法,叫做抽样方法。

我们再举一个例子,来说明数理统计的用途。

库里养了鱼,每年要捕捉一些供应市场需要,爱吃鱼的人很多,最好多捕一些。捕得太多了,剩的就少,会影响鱼的繁殖,明年就捕不到多少鱼了。

为了掌握好捕鱼的数量,就需要知道水库里到底有多少鱼。这个问题看来和上面的问题很相像,其实要困难得多。因为鱼是游来漩去的,而我们也不好选出1平方米水面,来数一数下面有多少鱼。

渔业人员想出了一个巧妙的办法,他们捕上1000条鱼,给每条鱼都做上记号,比如在尾巴上剪去一个小角,然后放回水中。

鱼儿到了水里就四散游开去。过了几天,这些鱼均匀地散布在水库的各个地方了。

渔业人员再捕上1000条鱼,一看,其中有20条是做过记号的。(www.xing528.com)

他们想,如果水库中共有x条鱼,其中有1000条被我们做过记号,那么,做过记号的鱼占全部x条鱼的几分之几呢?当然是了。现在捕了1000条鱼,其中有20条做过记号,也就是说,在这1000条鱼中,有记号的鱼占。这个比和前面那个比的值,大体上应该是一样的。所以,这样一来,就计算出x≈50000了。

5万条鱼,今年捕上三四万条,大概没问题吧!

这个问题,简直像一个简单的比例问题,其实不然。你也去那里捕1000条鱼,数数有几条是做过记号的,你敢保证也是20条吗?不敢吧!

实际情况必然是这样,每捕1000条鱼,其中做过记号的鱼的数目,不会是一成不变的。

比如说,你捕的1000条鱼中有25条是做过记号的,你列出的方程就会是,算出的结果x≈40000,比刚才算的少了1万条。那么,水库里到底有多少条鱼呢?

数理统计可以帮助我们解决这个问题。它告诉我们,在后捕上来的1000条鱼中有多少条做过记号,这个数目虽然不是固定不变的,但它有一定的变化规律。一旦掌握了这个变化规律,我们不但可以用比例的办法来估计出水库中鱼的总数,而且可以掌握这个估计会有多大的误差。数理统计还给我们提供了一些更好的办法,来帮助我们尽可能减少这种误差。

这样,就在数理统计的基础上,发展出一整套调查动植物资源和研究许多其他问题的方法。

名师导读

我们每一个人第一次接触数学,大概就是从数数开始的。也都经历了“一一对应的点数、寻找标准的计数数、根据需要的估计数、根据实际情况的策略数”这样的几个过程。那我们何时应用这些方法呢?是不是遇到数就可以用上面所说的每一种方法呢?答案当然是否定的。当我们遇到较小数量,需要精确结果时,我们通常选择一一对应的点数;当我们遇到较大数,不能点数时,我们就将大数拆分成很多小的、重复的部分,再估算出结果;对于像数鱼塘中鱼的数量的问题,又产生了新的方法,也就是现代社会应用广泛的数理统计知识。

但不论是哪种数数的方式,殊途同归,目的都是为了解决人们生产生活中遇到的问题,体现人类智慧的力量。其实我们在课本中也学习过类似的问题。比如二年级时我们学习的乘法就应用了估测数数的方法。

例1:园丁小区一共有8栋楼,每栋楼4个单元,每个单元大约50个住户,园丁小区一共有多少个住户?

解答方法:

总单元数:4×8=32(个),估计成整十数30

每个单元住户数:大约50人

总住户数约为:50×30=1500(个)

我们在四年级的平均数中也可以看到类似的问题,通过理解平均数这个统计量来解决。

例2:期末考试凯丽的语文、数和外语总成绩是275分,已知语文和数学的平均分是95分,那么她外语是多少分呢?

解答方法:

95×2=190(分),275-190=85(分)

人类从最开始的单纯数实物,到后来通过估测解决大数的数法问题,直到今天,人们开始用特定的数数方法解决数理统计中的问题。解决了生产生活中很多问题,如本文中马教授呈现的数出水库中鱼的条数的策略,让我们豁然开朗,数原来可以这样数,数学原来可以这样用。将来的某一天,当我们的计算方式和需求发生变化时,是否还会演变出新的数数方式呢?

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