第19卷第6期 2017年6月 天津职业院校联合学报 Journal of Tianjin Vocational Institutes NO.6 Vo1.19 Jun.2017 游戏中蕴含的数学文化 侯顺利 (天津海运职业学院,天津 300350) 摘要: 游戏和数学表面上看没什么联系,其实游戏中也蕴含着数学文化,从猜年龄到猜姓氏的游戏,猜年龄 六个表的数字排列,猜姓氏的姓氏排列里面包含着数学的进制内容中的二进制,还包含着二进制转化为十进制,通过 数学思想揭示游戏的内在本质,游戏因为蕴含着数学文化而变得高深莫测。 关键词:数学游戏;数学文化;二进制;猜姓名 中图分类号:029 文献标识码:A 文章编号:1673—582X(2017)06—0087—06 南开大学顾沛教授将数学文化定义分为狭义和广义两方面,其中狭义定义是指数学的思想、方 法、精神、语言、观点,以及它们的形成和发展。广义定义是指除上述内涵以外,还包含数学史,数学 家,数学教育,数学美。数学发展中的人文成分、数学与社会的联系、数学与各种文化的关系,等等。 游戏表面上和数学毫无关联,但实质上游戏是离不开数学的,我们通过两个游戏来揭示游戏中确 实蕴含着数学文化。 一、猜年龄游戏 首先制作下面(表1)的六张表,六张表内每张写上32个数字,数字填写要求如表所示,我们让学 生们根据自己的年龄说出哪个表中有他的年龄数字。 表1 1 3 5 7 9 11 13 15 2 3 6 7 10 11 14 15 4 5 6 7 12 13 14 15 17 19 21 23 25 27 29 31 18 19 22 23 26 27 30 31 20 21 22 23 28 29 30 3l 33 35 37 39 41 43 45 47 34 35 38 39 42 43 46 47 36 37 38 39 44 45 46 47 49 51 53 55 57 59 61 63 50 51 54 55 58 59 62 63 52 53 54 55 60 61 62 63 (2) (3) 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 32 33 34 35 36 37 38 39 24 25 26 27 28 29 30 31 24 25 26 27 28 29 30 31 40 41 42 43 44 45 46 47 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 48 49 5O 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 56 57 58 59 60 61 62 63 56 57 58 59 60 61 62 63 (4) (5) (6, 我们发现六张表上数字的分布是有规律的,第(1)张取的奇数,可以称为“隔1取1型”;第(2)张 从2开始,“则隔2取2型”;第(3)张表从4开始,“隔4取4”型;第(4)张从8开始,“隔8取8型”;第 (5)张从16开始,“隔16取16型”;第(6)张从32开始,“隔32取32型”也就是取的后32个数字,为 什么这样排列数字我们在后面揭示。 猜年龄游戏表就设计好了,可以开始游戏了。我们可以用PPT放映在大屏幕上,一张表一张表 收稿日期:2017—03~11 作者简介:侯顺利(1974一),男,天津市人,天津海运职业学院副教授,主要研究方向:数学。 ・87・ 的指给被猜的同学看,请他回答表(1)——(6)上是否有他的年龄数字,用“有”或“无”来表乐,也Ii『以 用“点头”或“摇头”来代替说话。当被猜同学给出6个答案后,我们当场可以猜出他的年龄,只要把同 学给出“有”的那些表的第一个(左上角)数字加起来,就是同学的年龄。 举例说:某位同学说(1)表中没有,(2)表中有,(3)表中没有,(4)表中没有,(5)表中有,(6)表小有。 我们可以把(2)、(5)表中的第一个数字相加所得的数就是学生的年龄,他的年龄就是2+16=18岁。 大学生差不多仅用四张表就能计算年龄,因为大学生应该在17岁到23岁的年龄段内,我们通过 分析发现一定会有表(5)中16这个数字,大学生年龄数与16的差一定小于等于7,所以用表(1)、 (2)、(3)(5)四张表足矣。如果某同学的年龄小于等16,或大于等于24,这四张表就不够用T。同理, 如果年龄大于等于64岁,这6张表就不够用了,应该用七张表。 例如,某人回答(1)一一(6)表的答案是(1)无(2)有(3)无(4)有(5)有(6)无,则表(2)、(4)、(5)的 第一个数字2、8、16等四个数字加起来,即26岁。我们可以自行查表验证,我们发现六张表中只有在 (2)(4)(5)这些表上才有26这个数字。 那么,这个游戏背后的数学理论是什么呢?任意给出一个数字,它应该出现在哪几张表中呢? 答案是数学进制中的二进制,我们知道:任何一个十进制的数,都能转化成二进制,二进制的转化 方法是除2取余法倒序排列,例如35这个数转化成二进制方法如下图: 所以(35) :(100011) 此处,因为35这个数二进制表示 形式中,数字l恰好在第1位、第2位、第6位上,其他位上均 ..余鼓 1‘ko)低位 l(k1) ・为0,所以这个数就应该出现在图1的(1)、(2)、(6)三张表中。 ……………而年龄数怎么计算的呢?其实是把二进制转化回十进 制,例如35这个年龄可以表示成若干个2的幂次之和,即35 ……………O‘k2) 0‘kj) ……………”=2。+2 +2 ,而2。正是表(1)的第一个数字,2 是表(2)的第 一……………・O‘k・) 个数字,2 是表(6)的第一个数字,它在哪几张表中出现过, O ………………l(k,' 高位 就应该等于有此年龄数的那几张表第一个数字之和。 六张表的设计不仅可以猜年龄,还可以用于猜学生 L2,中 圈1 随便想的1至64的整数,提前规定好整数范围,如果学生说六张表上都没有,那么学生心中想的数字 应该是64。 二、猜姓氏 六张表格不用变动,它还可以用于猜姓氏游戏中去,关键就是把1至63这63个数字与63个 同的姓氏一一对应好就行了。 新百家姓前64个姓氏排列顺序是:“李王张刘陈杨黄赵周吴徐孙朱马胡郭林何高梁郑罗宋谢唐 韩曹许邓萧冯曾程蔡彭潘袁于董余苏叶吕魏蒋田杜丁沈姜范江傅钟卢汪戴崔任陆廖姚方金”姓氏的 排列顺序对应着1——64这64个数字。 几乎与上述游戏方式完全一致,被猜者给出6个信息后,按上述查年龄的同样方法算出其“姓 氏”,在第(1)、(2)、(4)、(5)表上有,2。+2’+2 +2 =27即编号为“27”的姓氏,查一查编号27的姓 氏即“曹”就是被猜者的“尊姓”了,表中只有1一一63这些整数对应的姓氏,如果六张表上都没有,那 这个人必然是64这个整数对应的金姓。 猜姓氏表的排列按照猜年龄(表1)六张表的数字顺序对应填人,既简便易行,又一目r然.小过, 作为智力游戏而言,如果太容易被识破就显得水平太低了。为此,我们如果给猜年龄与姓氏的图表 中,加一些“密码”,就增加不少“神秘性”。 ・ 88 ・ 表2 1 李 (2) (3) 32 33 34 35 36 37 38 39 8 l 9 l 10 11 12 13 I 14 I 15 I 16 赵 周 吴 徐 孙 朱 马 胡 (4) 17 18 19 20 21 22 23 郭 林 何 高 梁 郑 罗 宋 24 25 26 27 28 29 30 31 曾 程 蔡 彭 潘 袁 于 董 40 41 42 43 44 45 46 47 谢 唐 韩 曹 许 邓 萧 冯 余 苏 叶 吕 魏 蒋 田 杜 48 49 50 51 52 53 54 55 丁 沈 姜 范 江 傅 钟 芦 (5) 56 57 58 59 60 61 62 63 汪 戴 崔 任 陆 廖 姚 方 (6) 上面的六张表,十分清楚地表明“李、王、张……”63个姓氏与编号1—63一一对应了。表中留下 的空白处,如果按猜数字的表,可以很快一一填人“对号入座”姓氏,我们偏偏把空白处应填的编号及 相应的姓氏的顺序任意地“随机排列”!,这样增加“迷惑性”,在第(5)张表上留下的16格空白处,按图 猜年龄的表(5)应按顺序填人48、49…、63及其相对应的姓氏“丁、沈、…、方”,我们却偏偏任意地把 16个“随机排列”写上如下表: 表3 16 17 18 19 20 21 22 23 郭 林 何 高 梁 郑 罗 宋 24 25 26 27 28 29 30 31 谢 唐 韩 曹 许 邓 萧 冯 钟 戴 范 丁 方 陆 姚 杜 廖 崔 江 任 汪 傅 沈 芦 为什么可以这样做呢?因为该16个姓氏在第(6)表上完全是重复的,当被猜者的姓氏在此16个 之内,必在第(6)张上也“有”。因此,这里的“顺序”毫无必要,只增加“易识破性”。 完全同样的道理,第(1)、(2)、(3)、(4)表中空白的格子上,也恰恰可以甚至应该“随机地”填入相 应的姓氏。当然,这里的“随机填入”仅仅指顺序,姓氏是决不可更换的。 作为例子,这里列出四张表,参见表4(其中第(5)、(6)上面已提到,故略去)。 表4 1 2 3 李 陈 周 彭 方 吕 程 袁 王 张 何 韩 蔡 叶 姜 崔 杨 徐 高 曹 彭 吕 范 任 黄 马 罗 萧 于 田 钟 姚 吴 胡 宋 冯 董 杜 芦 方 (2) 沈 芦 张 朱 高 唐 冯 苏 范 戴 黄 胡 郑 曹 彭 蒋 傅 任 徐 林 宋 邓 董 杜 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 刘 陈 杨 黄 于 田 钟 姚 孙 梁 许 冯 董 杜 方 赵 周 吴 徐 孙 朱 马 胡 谢 曹 萧 苏 魏 杜 崔 廖 唐 许 冯 叶 蒋 汪 任 方 韩 邓 余 吕 田 戴 陆 姚 (4) 朱 郑 邓 潘 魏 江 陆 罗 胡 宋 萧 袁 蒋 傅 廖 郭 (3) ・89・ 猜姓氏游戏,可以“故弄玄虚”一些了:例如某被猜者一一看过上述表2中(1)(2)(3)(4)(5)(6)表 后,表示在(1)、(2)、(5)上有他的姓,表演者用心算(1)一1,(2)一2 ,(5)一2 ,总和为19,先在第(5)张 卡表上找到19一“高”。这只要记住(5)的第1个姓氏顺序为16,往下数17、18、19第4个姓氏“高”就 是。然后再表(1)或(2)上用故意很难找的样子点出“高”姓来。这样,被猜者肯定“大惑不解”了。 迷人的“外衣”掩盖着简单明了的二进制数学原理,这就是猜年龄与姓氏游戏的蕴含的数学文化。 猜年龄游戏VB程序设计如下: (一)窗体设计 窗体设计包括2个按键,即“回答”按键和“退出”按键;1个文字标签,用以说明游戏规则;6个图 形框,显示6张表。 (二)程序设计 1.装载:把64个姓氏赋值给4个字符串变量,而后通过一个循环语句把64个姓氏赋值给数组X(64)。 Dim X(64)As String Private Sub Form—Load() Dim bjx(4)As String bjx(0)=“李王张刘陈杨黄赵周吴徐孙朱马胡郭” bjx(1):“林何高梁郑罗宋谢唐韩曹许邓萧冯曾” bjx(2):“程蔡彭潘袁于董余苏叶吕魏蒋田杜丁” bjx(3)=“沈姜范江傅钟卢汪戴崔任陆廖姚方金” For J 0 To 3 For i:1 To 16 k j*16+i x(k) Mid(bjx(j),i,1) Next Next End Sub 2.由用户回答表2(1)至(6)中有无要猜的姓氏,有则答“1”,无则答“0”。计算机则显示此人姓什么。 Private Sub CommandlClick() —nl=0:n2=0:n3:0:n4=0:n5=0:n6=0:Cls FontBold=True FontSize=14:ForeColor=QBColor(0) CurrentX=900:CurrentY=3600 nl=InputBox(“表1中有吗(1:有;0:无)?”,“输入”,0,0,O) If n1>:l Then nl=l Else nl=0 If nl=1 Then Print“表1中有;”Else Print”表(1)中无;” CurrentX:900 n2=InputBox(“表2中有吗(1:有;0:无)?”,“输入”,0,0,0) If n2>=1Then n2=1 Else n2:0 If n2:1 Then Print“表2中有;”Else Print“表(2)中无;” CurrentX=900 n3:InputBox(“表3中有吗(1:有;O:无)?”,“输入”,0,0,0) ・90・ If n3>:1,rhcn n3:1 Else n3=0 lf n3:1 Then Print“表3中有;”Else Print“表(3)中无;” CurrentX:900 n4=InputBox(“表4中有吗(1:有;0:无)?”,“输入”,(),0,0) If n4>=1 Then n4=1 Else n4=0 If n4=l Then Print“表4中有;”Else Print“表(4)中无;” CurrentX=90() n5:InputBox(“表5中有吗(1:有;0:无)?”,“输入”,0,0,0) If n5>=1 Then n5=1 Else n5:() If n5=1 Then Print“表5中有;”Else Print“表(5)中无;” CurrentX=90() n6=InputBox(“表6中有吗(1:有;0:无)?”,“输入”,0,(),0) If n6>=1 Thcn n6=1 Else n6:0 If n6=1 Then Print“表6中有。”Else Print“表(6)中无。” n=nl+2*n2+4*n3+8*n4+16*n5+32*n6 CurrentX=90():ForeColor=QBColor(1 5) Print“此人姓”;x(n);”。” End SUb 程序运行结果如下图: 图2 此程序只包括64个姓氏,在实际应用中还够。参照程序我们可以自行设计一个包括128个姓氏 的程序。 总结:游戏中蕴含着数学思想和方法,也就是数学文化,数学揭示了游戏的本质,数学文化进入游 戏使游戏变得科学成熟,能使游戏更加有趣和神秘莫测。 参考文献: [1]孙明珠,郭风军游戏中的数学文化[M].北京:国防工业出版社,2012 [2]倪进,朱明书数学与智力游戏[M]大连:大连理工大学出版社,2008. [3]顾沛.数学文化[M].北京:高等教育出版社,2013 The Mathematical Culture Contained in Games H0U Shun—li (Tianjin Marine Vocational College,Tianjin,300350) Abstract:It seems no relation between games and mathematica1.Actually there are mattmmatical cultures in games.For example,the games guess the age and guess the family name,array of the six ta— bles in guessing age game.There is binary in family name array of guessing family name game.Also there is transform from binary to decimalism.Mathematical thoughts can uncover the internal essence of games.And games can be unfathomable because of the mathematical culture contained. Key words:mathematical games;mathematical culture;binary;guess the name 止 .址 . . .“.. . .址.. . .址 .I-L.1.L.ILL.;屯||^L“.1 . 止 址 (上接第86页) The Detailed Analysis About Essences and Problems of Calculus Limit Method(Standard Analysis) SHEN Wei——guo (Xi’an Technological University’s Former Logic and Artificial Intelligence Research Institution,Xi’all,710072) Abstract:In order to solve the Berkeley paradox problem that formed from Newton and Leibnitz method,the calculus limit method(standard analysis)is come up.And the premise of the lattel is the ex— ist of the limitation.The writer comes to a conclusion after analyzing.The 0 point limitation of incre— mental ratio function is inexistent as the same with its function value.So the limit method call SOlVe the problem is impossible.New idea is necessary for the solution of the problem. Key words:calculus;standard analysis;limitation;incremental ratio function;Berkeley para— dox;derivative;Zeno’S paradox ・ 92・