五年级数学小论文,200字以内,急急急急急急急急急急急急急急急急急急急急急急急急!!!!!!!!!
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这个是我得市2等奖的论文:
关于三阶魔方变换概率的问题
成都与林中学高2012级10班 王维祎
一、 引言:
魔方(Rubik's Cube),也称鲁比克方块。是匈牙利布达佩斯建筑学院厄尔诺•鲁比克教授在1974年发明的。魔方发明后不久就风靡世界,人们发现这个小方块组成的玩意实在是奥妙无穷。当大立方体的某一面平动旋转时,其相邻的各面单一颜色便被破坏,而组成新图案立方体,再转再变化,形成每一面都由不同颜色的小方块拼成。据专家估计三阶魔方的总变化数约等于4.3•1019。
二、三阶魔方变换的限制条件
因为在转动魔方时,转动一次会破环一层,即21个色块,所以需要考虑很多限制情况。也就是魔方永远不会出现的情况。
一、魔方不能单独翻转一个棱色块。
想象我们对6个中心色块定好了我们喜爱的方向,我们就定好了一个坐标系,这个坐标系的原点就是魔方的体中心。坐标有明确的正负方向。我们可以看见魔方的每一个棱色块都是有一条棱的、,对应于水平、前后、竖直x,y,z三个轴,分别有4条棱和他们每一个平行,我们把这4条棱都标上一个箭头,指向正的方向。现在如果你有一个魔方可以这样做一下。我们现在想象空间中有了这样一个坐标系,和12个箭头。考虑任意面的旋转,(我这里不考虑3个中面的旋转,(因为,1,这样动了坐标系,2,中面的旋转可以等效两个侧面的旋转。),这时我们不考虑魔方,和魔方的花色,把他看成透明的,我们只考虑箭头,每次任意面旋转90度,我们都会让2个箭头改变方向(由正变负),我们只看结果,不考虑转的过程,不区分箭头哪来的。 翻转一个面90度是魔方的原子操作,他只能同时改变2个箭头的方向。所以我们最后不可能得到其他块不变只有1个箭头被翻转,也就是不可能只有一个棱色块被翻转。
二、不能单独翻转一个角色块。
首先我们考虑1234四个数的排列问题。1234变成4123,是所有数向右推移一位的变换。大家联想一下魔方,每转一个面90度,4个角,4个棱都是这种变换是吧。
1234变4123 我以后简称(1234),其实也好记,就是1到2,2到3, 3到4,4到1, 要是(1432)就是1到4,4到3,3到2,2到1,就是向左推移。
(1234)是由几个“交换两个数”的变换组成的呢。这里直接给出答案(1234)=(12)(13)(14),(12)的意思就是1到2,2到1。
具体说,我们看 1234变化的过程是这样:
• (12) 2134
• (13) 3124
• (14) 4123
正好就是变换(1234)。 这样我们知道(1234)是经过奇数个交换得到的。
任何一个变换都可以由若干个两两交换得到。因为对于一个目标排列如2413,我怎么做呢, 这里面内在的道理就涉及群论的初步。这可能叫做循环群,我不确定,因为我没看过书。 1234全排列有4!=24个,而对1234的变换也有24种。他们构成一个群即一堆元素。
首先需要知道角色块的方向是如何定义的。因为角色块会处在8个不同的位置,他的方向却只有3种,我怎么定义一个移动的坐标,又能准确标示出这3种方向变化呢? 首先让你的视线穿过一个角色块的顶点和整个魔方的体中心,你会看到一个Y,以你的视线为轴,这个角色块可以旋转,有3个位置。如下:
0° 120° 240°
试试转一个侧面,看看色块在新的位置朝向是怎样的?如果你转一个魔方的右侧面90度,你会发现最靠近你眼睛的那个角色块的朝向转过了120度。盯住这个色块,再转一下,他转到下面来了,为了仍然呈现一个Y,我们这时可以将 魔方底面翻上来,这时我们发现这个角色块又转回了0如此等等。重点是,你观察任何一面的90度旋转,4个角色块,他们的朝向 旋转过的角度总和 一定是360度的整数倍 ,准确的说就是120+240+240+120。 因为,转一个面是最小的原子操作,所以无论经过怎样多少步的操作,我们所有角色块角度变化和都是360*n,所以我们不可能只将一个色块旋转120度或者240,而让其他色块不变化,也因此我们证明了为什么不能单独翻转一个角色块。
三、不能只对调一对色块。
1. 封闭性:a和b是群里的元素,那么a*b也是。
2. 存在元素e(其实就是类比乘法里的1)。a*e=e*a=a
3. 每个元素a 都有唯一逆元a-1, a*a-1=a-1*a=e
4. 结合律 (a*b)*c=a*(b*c)
• 首先1234是一个排列,他对应了一种变换,就是不变,我用(1)来表示,他就是满足定义第二条的元素e。
• 封闭性,这是显然的,因为只有24种排列,和对应的变换,跑不出去。
• 逆元都是有的,就是把每步逆序然后取反,肯定都在这24个变换当中。
• 结合律看似挺麻烦,其实是显然的,因为(a*b)*c,a*(b*c)的意思都是先a再b再c。 这样他们构成了一个群,
为什么呢?其实我现在也不好说构成了一个群就怎么样。我只是说我可以用群的一些性质。知道这个结构的一些特点了。也可以用分析群的一些视角,一些想法来分析这个系统。 首先我们看这24个变换。
• (1), 偶
• (12), (13), (14), (23), (24), (34), 奇
• (123),(132), (124),(142),(134),(143),(234),(243)偶
这是15个,还剩9个,如果不明白什么意思,看前面,我说一个(243)意思是2到4,4到3,3到2,他把1234的1不动,234三个数字轮换的向左推移一位变成1342。 还有显然的
• (1234),(1432),奇
• (14)(23), (13)(24),(12)(34)偶
还剩4个 他们是
• (13)(12)(24), (12)(14)(13), (14)(23)(12), (13)(24)(12) 奇
我们叫有奇数个 两两交换 组成的变换为奇变换,反之为偶变换,其实就是把群元素标出奇偶性。 我们看到两个奇变换运算得到偶变换,而两个偶变换运算永远得不到奇数变换。
这样偶变换事实上构成了一个子群。 也就是说他们做运算是封闭的。他们是
• (1), 偶
• (123),(132), (124),(142),(134),(143),(234),(243)偶
• (14)(23), (13)(24),(12)(34)偶
这12个元素构成了一个子群。 我好像想错了一些事情,呵呵。 不过前面写出的都是正确的。我可能以后会用到 回到为什么不能只对调一对色块。
为什么?因为一个原子操作,将一个面旋转90度,将4个角做了(1234)或(1432)是一个3个交换的奇变换,4个棱同样是3个交换的奇变换,这样他对所有的色块做的变换总的效果是一个偶变换。 所以对于所有色块的排列,我们能够达成的都是偶变换,而只对调一对色块是一个奇变换。不可能达成。 因此,我们证明了为什么不能只对调一对色块。
(至此我们终于完成了魔方总变化数的完整证明,充分而又必要:)
一、 计算魔方有多少种变化情况
二、 由上局限性证明,得三阶魔方总变化数计算公式:
四、总结。
三阶魔方总变化数的道理是这样:六个中心块定好朝向后,我们就不可以翻转魔方了,而他们也正好构成了一个坐标系,在这个坐标系里,8个角色块全排列8!,而每个角色块又有3种朝向,所以是8!*38,12个棱色块全排列每个有2种朝向是12!*212,这样相乘就是分子,而分母上3*2*2的意义是,保持其他色块不动,不可以单独改变一个角色块朝向,改变一个棱色块朝向,和单独交换一对棱色块或一对角色块的位置。
关于三阶魔方变换概率的问题
成都与林中学高2012级10班 王维祎
一、 引言:
魔方(Rubik's Cube),也称鲁比克方块。是匈牙利布达佩斯建筑学院厄尔诺•鲁比克教授在1974年发明的。魔方发明后不久就风靡世界,人们发现这个小方块组成的玩意实在是奥妙无穷。当大立方体的某一面平动旋转时,其相邻的各面单一颜色便被破坏,而组成新图案立方体,再转再变化,形成每一面都由不同颜色的小方块拼成。据专家估计三阶魔方的总变化数约等于4.3•1019。
二、三阶魔方变换的限制条件
因为在转动魔方时,转动一次会破环一层,即21个色块,所以需要考虑很多限制情况。也就是魔方永远不会出现的情况。
一、魔方不能单独翻转一个棱色块。
想象我们对6个中心色块定好了我们喜爱的方向,我们就定好了一个坐标系,这个坐标系的原点就是魔方的体中心。坐标有明确的正负方向。我们可以看见魔方的每一个棱色块都是有一条棱的、,对应于水平、前后、竖直x,y,z三个轴,分别有4条棱和他们每一个平行,我们把这4条棱都标上一个箭头,指向正的方向。现在如果你有一个魔方可以这样做一下。我们现在想象空间中有了这样一个坐标系,和12个箭头。考虑任意面的旋转,(我这里不考虑3个中面的旋转,(因为,1,这样动了坐标系,2,中面的旋转可以等效两个侧面的旋转。),这时我们不考虑魔方,和魔方的花色,把他看成透明的,我们只考虑箭头,每次任意面旋转90度,我们都会让2个箭头改变方向(由正变负),我们只看结果,不考虑转的过程,不区分箭头哪来的。 翻转一个面90度是魔方的原子操作,他只能同时改变2个箭头的方向。所以我们最后不可能得到其他块不变只有1个箭头被翻转,也就是不可能只有一个棱色块被翻转。
二、不能单独翻转一个角色块。
首先我们考虑1234四个数的排列问题。1234变成4123,是所有数向右推移一位的变换。大家联想一下魔方,每转一个面90度,4个角,4个棱都是这种变换是吧。
1234变4123 我以后简称(1234),其实也好记,就是1到2,2到3, 3到4,4到1, 要是(1432)就是1到4,4到3,3到2,2到1,就是向左推移。
(1234)是由几个“交换两个数”的变换组成的呢。这里直接给出答案(1234)=(12)(13)(14),(12)的意思就是1到2,2到1。
具体说,我们看 1234变化的过程是这样:
• (12) 2134
• (13) 3124
• (14) 4123
正好就是变换(1234)。 这样我们知道(1234)是经过奇数个交换得到的。
任何一个变换都可以由若干个两两交换得到。因为对于一个目标排列如2413,我怎么做呢, 这里面内在的道理就涉及群论的初步。这可能叫做循环群,我不确定,因为我没看过书。 1234全排列有4!=24个,而对1234的变换也有24种。他们构成一个群即一堆元素。
首先需要知道角色块的方向是如何定义的。因为角色块会处在8个不同的位置,他的方向却只有3种,我怎么定义一个移动的坐标,又能准确标示出这3种方向变化呢? 首先让你的视线穿过一个角色块的顶点和整个魔方的体中心,你会看到一个Y,以你的视线为轴,这个角色块可以旋转,有3个位置。如下:
0° 120° 240°
试试转一个侧面,看看色块在新的位置朝向是怎样的?如果你转一个魔方的右侧面90度,你会发现最靠近你眼睛的那个角色块的朝向转过了120度。盯住这个色块,再转一下,他转到下面来了,为了仍然呈现一个Y,我们这时可以将 魔方底面翻上来,这时我们发现这个角色块又转回了0如此等等。重点是,你观察任何一面的90度旋转,4个角色块,他们的朝向 旋转过的角度总和 一定是360度的整数倍 ,准确的说就是120+240+240+120。 因为,转一个面是最小的原子操作,所以无论经过怎样多少步的操作,我们所有角色块角度变化和都是360*n,所以我们不可能只将一个色块旋转120度或者240,而让其他色块不变化,也因此我们证明了为什么不能单独翻转一个角色块。
三、不能只对调一对色块。
1. 封闭性:a和b是群里的元素,那么a*b也是。
2. 存在元素e(其实就是类比乘法里的1)。a*e=e*a=a
3. 每个元素a 都有唯一逆元a-1, a*a-1=a-1*a=e
4. 结合律 (a*b)*c=a*(b*c)
• 首先1234是一个排列,他对应了一种变换,就是不变,我用(1)来表示,他就是满足定义第二条的元素e。
• 封闭性,这是显然的,因为只有24种排列,和对应的变换,跑不出去。
• 逆元都是有的,就是把每步逆序然后取反,肯定都在这24个变换当中。
• 结合律看似挺麻烦,其实是显然的,因为(a*b)*c,a*(b*c)的意思都是先a再b再c。 这样他们构成了一个群,
为什么呢?其实我现在也不好说构成了一个群就怎么样。我只是说我可以用群的一些性质。知道这个结构的一些特点了。也可以用分析群的一些视角,一些想法来分析这个系统。 首先我们看这24个变换。
• (1), 偶
• (12), (13), (14), (23), (24), (34), 奇
• (123),(132), (124),(142),(134),(143),(234),(243)偶
这是15个,还剩9个,如果不明白什么意思,看前面,我说一个(243)意思是2到4,4到3,3到2,他把1234的1不动,234三个数字轮换的向左推移一位变成1342。 还有显然的
• (1234),(1432),奇
• (14)(23), (13)(24),(12)(34)偶
还剩4个 他们是
• (13)(12)(24), (12)(14)(13), (14)(23)(12), (13)(24)(12) 奇
我们叫有奇数个 两两交换 组成的变换为奇变换,反之为偶变换,其实就是把群元素标出奇偶性。 我们看到两个奇变换运算得到偶变换,而两个偶变换运算永远得不到奇数变换。
这样偶变换事实上构成了一个子群。 也就是说他们做运算是封闭的。他们是
• (1), 偶
• (123),(132), (124),(142),(134),(143),(234),(243)偶
• (14)(23), (13)(24),(12)(34)偶
这12个元素构成了一个子群。 我好像想错了一些事情,呵呵。 不过前面写出的都是正确的。我可能以后会用到 回到为什么不能只对调一对色块。
为什么?因为一个原子操作,将一个面旋转90度,将4个角做了(1234)或(1432)是一个3个交换的奇变换,4个棱同样是3个交换的奇变换,这样他对所有的色块做的变换总的效果是一个偶变换。 所以对于所有色块的排列,我们能够达成的都是偶变换,而只对调一对色块是一个奇变换。不可能达成。 因此,我们证明了为什么不能只对调一对色块。
(至此我们终于完成了魔方总变化数的完整证明,充分而又必要:)
一、 计算魔方有多少种变化情况
二、 由上局限性证明,得三阶魔方总变化数计算公式:
四、总结。
三阶魔方总变化数的道理是这样:六个中心块定好朝向后,我们就不可以翻转魔方了,而他们也正好构成了一个坐标系,在这个坐标系里,8个角色块全排列8!,而每个角色块又有3种朝向,所以是8!*38,12个棱色块全排列每个有2种朝向是12!*212,这样相乘就是分子,而分母上3*2*2的意义是,保持其他色块不动,不可以单独改变一个角色块朝向,改变一个棱色块朝向,和单独交换一对棱色块或一对角色块的位置。
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阿姨的数学题
我妈妈开了文具店,今天是星期天,妈妈有事,叫我去看店。一会,来了一位阿姨,她说要考考我,才能告诉我买什么,她说:“李辉买了一枝铅笔和一个练习本,一共花了0.48元。练习本的价钱是铅笔的两倍。铅笔和练习本的单价各是多少钱?” 我想了想:练习本和铅笔一共是三倍,只要用0.48÷3就能求出铅笔的价格,那练习本的价格也能求出来了。我把答案说了出来,阿姨夸我:“能够仔细的分析题目,真不错!”“你这里练习本每本0。6元,作文本每本0。9元,我要买10本,给你8.1元,不用找,你该给我几本练习本 ,几本作文本?”我想了想说:“先假设10本全是作文本,需要10×0.9=9元,实际付了8.1元,比假设少付了9-8.1=0.9元,实际作文本比练习本多0.9-0.6=0.3元,就可求出练习本是0.9÷0.3=3本,作文本是10-3=7本。”算出来了,阿姨直夸我聪明,我心里美滋滋的,后来阿姨又买来几样文具,结帐时我还沉浸在欢乐之中,结果呢把钱算错了,我没发现,阿姨却对我说:“你呀,一夸你就得意忘形了。把该付的钱的小数点看错了,结果呢我少付15。3元。”“对不起,小数点向左移动了一位,比原来的价格缩小了10倍,相差了9倍,只要15.3÷9=1.7元,由于刚才缩小了10倍,所以要1.7×10=17元。”阿姨又买了几个文具,就走了。
今天,阿姨的数学题我一一攻破了,心想:生活中的数学无处不在,数学博大精深,我要更加努力,争取再上一层楼!
我妈妈开了文具店,今天是星期天,妈妈有事,叫我去看店。一会,来了一位阿姨,她说要考考我,才能告诉我买什么,她说:“李辉买了一枝铅笔和一个练习本,一共花了0.48元。练习本的价钱是铅笔的两倍。铅笔和练习本的单价各是多少钱?” 我想了想:练习本和铅笔一共是三倍,只要用0.48÷3就能求出铅笔的价格,那练习本的价格也能求出来了。我把答案说了出来,阿姨夸我:“能够仔细的分析题目,真不错!”“你这里练习本每本0。6元,作文本每本0。9元,我要买10本,给你8.1元,不用找,你该给我几本练习本 ,几本作文本?”我想了想说:“先假设10本全是作文本,需要10×0.9=9元,实际付了8.1元,比假设少付了9-8.1=0.9元,实际作文本比练习本多0.9-0.6=0.3元,就可求出练习本是0.9÷0.3=3本,作文本是10-3=7本。”算出来了,阿姨直夸我聪明,我心里美滋滋的,后来阿姨又买来几样文具,结帐时我还沉浸在欢乐之中,结果呢把钱算错了,我没发现,阿姨却对我说:“你呀,一夸你就得意忘形了。把该付的钱的小数点看错了,结果呢我少付15。3元。”“对不起,小数点向左移动了一位,比原来的价格缩小了10倍,相差了9倍,只要15.3÷9=1.7元,由于刚才缩小了10倍,所以要1.7×10=17元。”阿姨又买了几个文具,就走了。
今天,阿姨的数学题我一一攻破了,心想:生活中的数学无处不在,数学博大精深,我要更加努力,争取再上一层楼!
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大千世界,无奇不有,在我们数学王国里也有许多有趣的事情。比如,在我现在的第九册的练习册中,有一题思考题是这样说的:“一辆客车从东城开向西城,每小时行45千米,行了2.5小时后停下,这时刚好离东西两城的中点18千米,东西两城相距多少千米?王星与小英在解上面这道题时,计算的方法与结果都不一样。王星算出的千米数比小英算出的千米数少,但是许老师却说两人的结果都对。这是为什么呢?你想出来了没有?你也列式算一下他们两人的计算结果。”其实,这道题我们可以很快速地做出一种方法,就是:45×2.5=112.5(千米),112.5+18=130.5(千米),130.5×2=261(千米),但仔细推敲看一下,就觉得不对劲。其实,在这里我们忽略了一个非常重要的条件,就是“这时刚好离东西城的中点18千米”这个条件中所说的“离”字,没说是还没到中点,还是超过了中点。如果是没到中点离中点18千米的话,列式就是前面的那一种,如果是超过中点18千米的话,列式应该就是45×2.5=112.5(千米),112.5-18=94.5(千米),94.5×2=189(千米)。所以正确答案应该是:45×2.5=112.5(千米),112.5+18=130.5(千米),130.5×2=261(千米)和45×2.5=112.5(千米),112.5-18=94.5(千米),94.5×2=189(千米)。两个答案,也就是说王星的答案加上小英的答案才是全面的。
在日常学习中,往往有许多数学题目的答案是多个的,容易在练习或考试中被忽略,这就需要我们认真审题,唤醒生活经验,仔细推敲,全面正确理解题意。否则就容易忽略了另外的答案,犯以偏概全的错误。
在日常学习中,往往有许多数学题目的答案是多个的,容易在练习或考试中被忽略,这就需要我们认真审题,唤醒生活经验,仔细推敲,全面正确理解题意。否则就容易忽略了另外的答案,犯以偏概全的错误。
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有趣的职业
小赵、小丁、小张分别是教师、医生和律师,只知道:1小赵比教师年纪大;2小张和教师不同岁;3小赵和律师是朋友,你能推断谁是教师,谁是律师,谁是医生吗?
根据1小赵比教师年纪大和3小赵和律师是朋友,可以推断小赵既不是教师,也不是律师,所以小赵是医生,再根据2小张和教师不同岁和小赵是医生可以看出小张是律师,所以剩下的小丁是个教师。
这道题目很简单,我运用了排除法,比如:根据条件1和3就可以看出,小赵既不是教师,也不是律师。以次类推就可以得出答案。在我们学习数学的过程中,我们只要掌握方法,就可以解决一切难题,想不到从数学中也能得到乐趣。
小赵、小丁、小张分别是教师、医生和律师,只知道:1小赵比教师年纪大;2小张和教师不同岁;3小赵和律师是朋友,你能推断谁是教师,谁是律师,谁是医生吗?
根据1小赵比教师年纪大和3小赵和律师是朋友,可以推断小赵既不是教师,也不是律师,所以小赵是医生,再根据2小张和教师不同岁和小赵是医生可以看出小张是律师,所以剩下的小丁是个教师。
这道题目很简单,我运用了排除法,比如:根据条件1和3就可以看出,小赵既不是教师,也不是律师。以次类推就可以得出答案。在我们学习数学的过程中,我们只要掌握方法,就可以解决一切难题,想不到从数学中也能得到乐趣。
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急你妈个头
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