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從1加到100(將數(shù)字1加到100的幾種技巧)
有個(gè)流行的故事說,著名的數(shù)學(xué)家高斯有個(gè)懶惰的老師。所謂的老師想讓孩子們忙些,這樣他就可以睡個(gè)午覺,因此他要求全班學(xué)生計(jì)算數(shù)字1加到100。
高斯回答了他:5050。算的非常快,老師懷疑是作弊的,高斯當(dāng)然沒有!手動(dòng)1加到100是笨拙的,高斯發(fā)現(xiàn)了一個(gè)避免該問題的公式:
讓我們分享一些有關(guān)此結(jié)果的解釋,并以直觀的方式真正理解它。對(duì)于這些示例,我們將添加1到10,然后查看它如何應(yīng)用于1到100(或1到任何數(shù)字)。
技術(shù)1:配對(duì)數(shù)字
配對(duì)數(shù)字是解決此問題的常用方法。與其將所有數(shù)字寫在單個(gè)列中,不如將它們環(huán)繞起來,如下所示:
1 2 3 4 5
10 9 8 7 6
出現(xiàn)了一個(gè)有趣的模式:每列的總和為11。隨著上排數(shù)字的增加,下排數(shù)字的減少,每列總和保持不變。
因?yàn)?與10(我們的n)配對(duì),所以可以說每一列都有(n + 1)。我們有幾對(duì)?我們有2個(gè)相等的行,我們有n / 2對(duì)。
這就是上面高斯的公式。
那奇數(shù)個(gè)項(xiàng)目呢?
啊,很高興您提出來。如果我們將數(shù)字1到9相加怎么辦?我們沒有偶數(shù)的項(xiàng)目要配對(duì)。
讓我們將數(shù)字1加上9,而不是從1開始,讓我們從0開始計(jì)數(shù):
0 1 2 3 4
9 8 7 6 5
通過從0開始計(jì)數(shù),我們得到一個(gè)"額外項(xiàng)目"(總共10個(gè)),因此我們可以得到偶數(shù)行。但是,我們的公式看起來會(huì)有所不同。
請(qǐng)注意,由于將0和9分到一組,所以每一列的總和為n(而不是像之前一樣n + 1);我們?cè)?行中有n +1個(gè)項(xiàng),總計(jì)(n + 1)/ 2對(duì)(而不是在2行中有正好n個(gè)項(xiàng),總共n / 2對(duì))。如果您插入這些數(shù)字,您將獲得:
與以前的公式相同!相同的公式對(duì)奇數(shù)和偶數(shù)都有效!
技術(shù)2:使用兩行
上面的方法有效,但是您對(duì)奇數(shù)和偶數(shù)的處理方式不同,需要分別處理。那有沒有更好的方法?有。
讓我們將它們寫在兩行中,而不是四處循環(huán):
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
請(qǐng)注意,我們有10對(duì),每對(duì)加起來為10 + 1,每列的總和為11。
上面所有數(shù)字的總和是
但是我們只想要一行的總和,而不是兩行。因此我們將上面的公式除以2得到:
現(xiàn)在這很酷(就像數(shù)字行一樣酷)。它適用于奇數(shù)或偶數(shù)個(gè)相同的項(xiàng)目!
方法3:制作矩形
這是對(duì)舊配對(duì)解釋的一種新方法。不同的解釋對(duì)不同的人更有效,而我傾向于更喜歡這一解釋。假設(shè)我們用豆子(用x表示),而不是寫數(shù)字。我們想將1粒豆加到2粒豆到3粒豆…一直到5粒豆。
當(dāng)然,我們可以選擇10或100粒豆子,但是5粒就可以了。我們?nèi)绾斡?jì)算三角中的豆子數(shù)量?
好吧,總和顯然是1 + 2 + 3 + 4 +5。但是讓我們以不同的方式來看待它。假設(shè)我們鏡像了三角形(鏡像的豆我將使用" o"),然后將其翻轉(zhuǎn):
酷吧?變成了一個(gè)矩陣隊(duì)伍??匆幌戮仃嚨牡仔校?個(gè)x和1個(gè) o。上一行減少了1個(gè)x(總計(jì)4個(gè))和增加了1個(gè)o(總計(jì)2個(gè))。就像配對(duì)一樣,一側(cè)在增加,而另一側(cè)正在減少。
現(xiàn)在進(jìn)行解釋:我們總共有多少個(gè)豆子?好吧,這就是矩形的面積。
我們有n行(我們沒有更改矩形中的行數(shù)),我們的集合的寬度為(n + 1)個(gè)單位,因?yàn)?個(gè)" o"與所有" x"都配對(duì)了。
請(qǐng)注意,這一次,我們不在乎n是奇數(shù)還是偶數(shù),總面積公式相同。如果n為奇數(shù),則每行中的項(xiàng)目數(shù)為偶數(shù)(n + 1)。
但是,當(dāng)然,我們不希望總面積(x和o的數(shù)量),而只想要x的數(shù)量。由于我們將x加倍以獲得o,因此x本身僅占總面積的一半:
我們又回到了原始公式。同樣,三角形中x的數(shù)量= 1 + 2 + 3 + 4 + 5,或1到n的總和。
技術(shù)4:平均化
我們都知道
平均數(shù) = 總數(shù) / 個(gè)數(shù)
我們可以重寫為
總數(shù)=平均數(shù)*個(gè)數(shù)
因此,讓我們計(jì)算總和。如果我們有100個(gè)數(shù)字(1…100),那么顯然我們有100個(gè)項(xiàng)目。
要獲得平均值,請(qǐng)注意所有數(shù)字均等分布。對(duì)于每個(gè)大數(shù)字,另一端都有一個(gè)小數(shù)字。讓我們看一小集:
1 2 3
平均值是2。2已經(jīng)在中間,1和3"抵消",所以它們的平均值是2。
對(duì)于偶數(shù)個(gè)項(xiàng)目
1 2 3 4
平均介于2到3之間為5。
請(qǐng)注意,在兩種情況下,平均值的最左一側(cè)是1,而最右一側(cè)為n。因此,我們可以說整個(gè)集合的平均值實(shí)際上只是1和n的平均值:(1 + n)/ 2。
將其放入我們的公式中
瞧!我們有第四種方式思考我們的公式。
那為什么有用呢?
三個(gè)原因:
1)快速將數(shù)字相加可能對(duì)預(yù)測(cè)有用。
請(qǐng)注意,公式擴(kuò)展為:
計(jì)算1加到1000。假設(shè)您每天增加1個(gè)粉絲訪問您的網(wǎng)站,1000天后您將有多少總訪問者?由于1000的平方等于100萬,我們將得到1000000 / 2 + 1000/2 = 500500的訪問量。
2)在其他地方出現(xiàn)這種將數(shù)字1加到n的概念,例如弄清楚的可能性。牢牢掌握此公式將有助于您在許多方面進(jìn)行理解。
3)最重要的是,此示例顯示了許多了解公式的方法。也許您喜歡配對(duì)方法,也許您更喜歡矩形技術(shù),或者還有另一種適合您的解釋。當(dāng)您不了解時(shí),請(qǐng)不要放棄-嘗試找到另一個(gè)可行的解釋。
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