3-16方阵问题

从植树问题,我们扩展到了方阵的问题。

国庆阅兵的方阵

方阵问题是很重要的数形结合应用。

空心方阵和实心方阵

方阵有实心和空心两种,实心方阵暂时放下,那是完全平方数的问题,放到五年级里面来讲。先来试着数一数空心方阵的数量吧。

可以有两种方法
井字法

4×4-4=12,这是一种我们过去在植树问题里学习过的方法。 总结成公式就是
每边的数量 × 4 - 4   计算的结果是这一层的数量。

风车法

风车法的规则是 (每边的数量 - 1)× 4 = 一层的总数

统计方阵层和边的规律

我们通过上面的表格,探索一下边上个数,层上个数和层之间的关系。
得到一个什么样的规律呢?是不是越往外每层的个数越多,并且比里里面一层多8,每行多2?是一个等差数列?

例题1 ☆☆☆   士兵们天天排成单层方阵,觉得很没意思。有一天,他们排出了一个双层的空心方阵,这个方阵最外层每边上有10个人,那么这个方阵一共有多少人?

双层方阵

例题2 ☆☆☆☆     一共120个士兵,排成了一个三层的空心方阵,那么这个方阵的最外层有多少人?       提示一下,是不是可以用和差问题来解题呢

三层方阵草图

例题3 ☆☆    这次我们排成实心的方阵,最外层每边是12个士兵,那么这个方阵一共多少人呢?

实心方阵其实就是平方数的计算
20以内的完全平方数

例题4  ☆☆☆     军营里的弓箭兵排成了一个实心方阵,后来,又来了11个弓箭兵加到一起。横竖比原来各增加了一排,仍然是实心的方阵。求原来的方阵共有多少士兵?

增加减少人数后的方阵

例题5 ☆☆☆☆ 求出多层方阵里面小猫的总数。

( 最外边数- 层数 )×层数×4

例题6 ☆☆☆☆☆    战士们准备迎击敌人,排成战斗方阵。中间的实心方阵是步兵,外边三层是弓箭兵,最外边两层又是步兵。已知方阵中弓箭兵的人数是120人。请问步兵有多少人?

方阵问题是植树问题的延续,在逻辑上用到了等差数列的知识。同学们会发现,知识的大厦是一砖一瓦慢慢搭建起来的。以前的基础总是能够用到。
比如画线段图的方法解题、等差数列求和、植树问题里面的操场植树,四个角全种树的情况。所以呀,学习要前后联系,这叫做 “温故而知新” 。

下面我们总结一下学到的规律。
方阵有实心和空心
按边上的个数叫做n阶方阵
求每层的个数有常用的两种方法 风车法和井字法
一层数量 ÷ 4 + 1 = 每边数量 或者  (一层数量 + 4)÷ 4 = 每边数量
每层的数量关系是等差数列,公差是8
每边的数量是等差数列,公差是2
多层方阵也能用风车法来计算 :(最外边数- 层数 )×层数×4

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