馬起盤格勢——中國象棋里的數學
說起中國象棋,想必很多人都不陌生,其中“馬”作為重要棋子,有著極其重要的作用.在中國象棋規則中,“馬”走日,即一次可控八個點,可謂威風八面!并且“馬”也屬于可以抵達棋盤上任何一點的棋子,明確這兩點,是今天這道題的背景.
題目
在中國象棋棋盤中,棋子“馬”的位置如圖所示,若將“馬”跳20步(馬跳“日”字),則最后一步“馬”落在棋盤上的不同位置可能有( ).
A.40個 B.45個 C.50個 D.90個
解析:
中國象棋的棋盤總共有8×9個方格,格點總共90個,而棋子“馬”從最初位置開始跳,20步內可以到達任何一處格點,但題目求第20步棋子“馬”可能到達的格點,就涉及到每一步“馬”應該如何跳,按中國象棋規則,“馬”走日,為方便敘述,我們建立平面直角坐標系,如下圖:
這個坐標系的原點并不是(0,0),而是(1,1),我們將每一個格點位置用兩個數字來表示,例如左下角第一個格點表示為(1,1),而“馬”所在的格點表示為(8,8),然后我們來研究“馬”(M點)跳1步后可能到達的位置,如下圖:
按照中國象棋規則,點M可抵達M1,M2,……,M8共8處,但受棋盤限制,有兩個點無法抵達,只剩下6處,我們分別觀察這6處點的坐標,發現它們相對點M(8,8),橫縱坐標均發生了變化,分別為(7,10),(6,9),(6,7),(7,6),(9,6),(9,10),依次改寫為(8-1,8+2),(8-2,8+1),(8-2,8-1),(8-1,8-2),(8+1,8-2),(8+1,8+2),發現跳1步之后,點M可能到達的位置坐標為(8±1,8±2)或(8±2,8±1);
對以上觀察的信息進行解讀,點M橫縱坐標之和為16,跳1步之后,橫縱坐標之和可能是13,15,17,19,結合前面的探究結論,我們不難得出,點M跳1步之后,橫縱坐標分別變化了1或2,相加之后一定是奇數,因此改變了橫縱坐標和的奇偶性,按這個規律繼續下去,跳2步之后,橫縱坐標之和一定是偶數,跳3步之后,橫縱坐標之和一定是奇數,……
可推導出跳20步之后,橫縱坐標之和一定是偶數.
然后我們在圖中找一找,哪些格點的橫縱坐標之和為偶數,如下圖:
每條豎格線上有5個點滿足要求,則9條豎格線上共有45個點滿足橫縱坐標之和為偶數,即“馬”跳20步之后,最后一步落在棋盤上的位置可能有45個,答案選B.
解題思考
本題難點在于如何描述中國象棋中“馬”走日的情景,用數學的眼光來看待每跳1步之后位置的變化,顯然在初中數學范圍內,建立平面直角坐標系是最有效的描述位置變化的方式,但這并不是普通的平面直角坐標系,而是將原點定為(1,1)的特殊平面直角坐標系,因為0這個數字既不是奇數也不是偶數,對我們討論橫縱坐標之和的奇偶性會帶來困擾.
要突破這個難點,首先需要了解中國象棋中“馬”的移動規則,即“馬”走日,先從跳1步開始研究,發現其橫縱坐標之和的奇偶性變化是有規律的,然后用數學語言描述這個規律,最后得到我們需要的結論.
2022版新課標中的“三會”,需要我們將其滲透到每一節數學課上,具體到每一個教學環節、每一個課堂活動、每一道例題習題中,并非堂而皇之將它抄到教案上,便是對課標的理解,恰恰相反,真正優秀的數學課,這三句話只存在于心中,當在課堂上呈現出相應的教學過程之后,學生會感知,聽課老師會明白,真的不要將它變成備課的形式主義.
基于中國象棋的數學問題還有很多,棋盤上的數學遠不止本題所討論的內容,它可以是網格作圖,也可以是平面直角坐標系中的坐標變化,這都需要數學老師先用數學眼光去發現,再帶動學生學習用數學眼光去看待這些生活中的情景.
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