Алгоритм решения задачи с двумя сосудами

Алгоритм решения задачи с двумя сосудами thumbnail

Библиографическое описание:

Комогоров, В. М. Задачи на переливание: от головоломки к алгоритму / В. М. Комогоров, М. Ю. Сизова. – Текст : непосредственный // Юный ученый. – 2017. – № 3 (12). – С. 4-6. – URL: https://moluch.ru/young//12/897/ (дата обращения: 07.05.2021).



Однажды Винни Пух захотел полакомиться медом и пошел к пчелам в гости. По дороге нарвал букет цветов, чтобы подарить труженицам пчелкам. Пчелки очень обрадовались, увидев мишку с букетом цветов, и сказали: «У нас есть большая бочка с медом. Мы дадим тебе меда, если ты сможешь с помощью двух сосудов вместимостью 3 л и 5 л налить себе 4 л!» Винни-Пух долго думал, но все-таки смог решить задачку. Задумались и мы…, а сможем ли мы решить эту задачу?

После изучения литературы, посвященной логическим задачам, выяснилось, что пчелки предложили нашему любимому герою известную головоломку на переливание. Практически ни один популярный сборник, связанный с математическими задачами и головоломками, не обходится без раздела «Переливания». Это один из видов старинных занимательных задач, они возникли много веков назад, но до сих пор вызывают интерес у любителей математики и их часто можно встретить в олимпиадных заданиях, что делает их актуальными и сегодня.

Суть этих задач-головоломок сводится к следующему: имея несколько сосудов разного объема, один из которых наполнен жидкостью, требуется разделить ее в каком-либо отношении или отлить какую-либо ее часть при помощи других сосудов за наименьшее число переливаний. Понятно, что для поиска ответа можно перебрать все возможные варианты решения, но это очень долго и неудобно. Поэтому мы решили найти рациональный алгоритм решения задач на переливание.

На первом этапе работы мы, изучили математическую литературу по данной теме. Выяснилось, что можно выделить два основных типа задач на переливание:

– «Открытая система» – задачи, в которых необходимо получить некоторое количество жидкости с помощью нескольких пустых сосудов из бесконечного источника, из которого можно наливать жидкость, и в который ее можно выливать.

– «Закрытая система» – задачи, в которых необходимо разделить жидкость в большей емкости с помощью нескольких меньших по объему емкостей, жидкость можно только переливать из одной емкости в другую.

В задачах на переливания требуется указать последовательность действий, при которой осуществляется требуемое переливание и выполнены все условия задачи. Если не сказано ничего другого, считается, что все сосуды без делений и нельзя переливать жидкости «на глаз».

Существует несколько методов решения задачи: метод компьютерного моделирования, метод таблиц, метод бильярда.

Рассмотрим эти методы на примере решения задачи Винни-Пуха, которая относится к типу «открытая система».

Метод компьютерного моделирования- основан на применении для решения задач виртуальных лабораторий, позволяющих моделировать реальные ситуации переливания жидкостей. Одна из таких виртуальных лабораторий – программа «ВОДОМАТИКА» (https://www.umapalata.com/de_ru/games/UP_Pereliv.asp?file=UP_Pereliv.swf).

Алгоритм решения задачи с двумя сосудами

Также для решения задач можно использовать виртуальную лабораторию «Переливания», созданную Лабораторией знаний «Бином».

Метод таблиц- основной прием, который используется при решении задач на переливание. В первом столбце указываются объемы данных сосудов, а в каждом следующем – результат очередного переливания:

Ходы

1

2

3

4

5

6

5 л

5

2

2

5

4

3 л

3

2

2

3

Таблицы позволяют наглядно представить условие задачи или ее ответ, но существенным недостатком этого способа решения является отсутствие четкого алгоритма действий, невозможность предвидеть ближайшие шаги. Составлять такие таблицы можно довольно долго, так и не придя к нужному результату.

Метод бильярда заключается в представлении последовательности переливаний аналогично движению бильярдного шарика по столу особой конструкции с размерами, соответствующими объемам первоначально пустых сосудов.

Алгоритм решения задачи с двумя сосудами

В рассматриваемой задаче стороны параллелограмма должны иметь длины 3 и 5 единиц. По горизонтали будем откладывать количество воды в литрах в 5-литровом сосуде, а по вертикали – в 3-литровом сосуде. На всем параллелограмме нанесена сетка из одинаковых равносторонних треугольников. Бильярдный шар может перемещаться только вдоль прямых, образующих сетку на параллелограмме. После удара о стороны параллелограмма шар отражается и продолжает движение вдоль выходящего из точки борта, где произошло соударение. При этом каждая точка параллелограмма, в которой происходит соударение, полностью характеризует, сколько воды находится в каждом из сосудов.

Пусть шар находится в левом нижнем углу и после удара начнет перемещаться вверх вдоль левой боковой стороны параллелограмма до тех пор, пока не достигнет верхней стороны. Это означает, что мы полностью наполнили водой малый сосуд. Отразившись, шар покатится вправо вниз и ударится о нижний борт. Это означает, что в большом сосуде 3 литра воды, а в малом сосуде воды нет, то есть мы перелили воду из малого сосуда в большой сосуд. Прослеживая дальнейший путь шара, мы попадаем в точку, которая соответствует состоянию, когда малый сосуд пуст, а в большом сосуде 4 литра воды. Таким образом, получен ответ и указана последовательность переливаний, позволяющих отмерить 4 литра воды.

Прорешав разные задачи типа «открытая система» на переливание различными методами, мы пришли к выводу, что задачи на переливания трудные, но их можно решать по определенному алгоритму:

  1. Наполнить большую емкость жидкостью из бесконечного источника.
  2. Перелить из большей емкости в меньшую емкость.
  3. Вылить жидкость из меньшей емкости.
  4. Повторить действия 1-3 до тех пор, пока не будет получено обозначенное в условии задачи количество жидкости.

В век новых информационных технологий мы много времени тратим на бессмысленные игры на компьютере. А не лучше ли заняться решением логических задач, пусть даже и с помощью компьютера? Ведь задачи на логику развивают в человеке догадливость, сообразительность и интеллект.

Литература:

1. Ф. Ф. Нагибин, Е. С. Канин Математическая шкатулка М.: Просвещение, 1988

2. И. Ф. Шарыгин Математический винегрет М., АГЕНТСТВО «ОРИОН», 1991

3. Нестеренко Ю. В., Олехник С. Н., Потапов М. К. Задачи на смекалку. – М.: Дрофа, 2003.

4. Сайт «Решение логических задач». Точка доступа: https://sites.google.com/site/resenielog/

5. Сайт «Дидактические игры». Точка доступа: https://www.umapalata.com/de_ru/games/UP_Pereliv.asp?file=UP_Pereliv.swf

Основные термины (генерируются автоматически): малый сосуд, литр воды, решение задач, условие задачи, жидкость, задача, сосуд, бесконечный источник, большая емкость, компьютерное моделирование, меньшая емкость, букет цветов, метод бильярда, метод таблиц, переливание.

Читайте также:  У ребенка лопнувший сосуд на щеке что это

Источник

øÐ•ð ì>Nã’êÏj{Ï?k7ø¨Ð£9Ý¥¡}xtÈÐpÍÄÂÑoÃëVÍîM«D0« P”0Á$žLØd•°ô*’‰fÃ2Ùèbå±C;X´ZBK§=]B”ðCNLW”vy8;yªAy»Û­Æ£÷ËËe¬IônÄÏÿ”oóSg’»¼§îi ÿ-9BEœæ/¹¥°ÎPbBL¾ýéüòT]=¾l~¾»Î°TJÂc–JzËÒÐAvJâ»EFGßÀ¥”=9Ú#=êAÑ1äZú’¤ÏH¼Û&n{õÚzí ¼î¥òØËf?^’Ÿ µE³ƒ¨aãñœØ™ÁFFØÌCŒÀn’ƒ[Í$1F.È™Î0‡Ù-ÝDÌa˘:˜êÛl½Ó$o9K-f«óز˜Z‰’J1″&Â4GÀ€†$ª×¿~°Vr%ó¼RÝV-iæÞózßûƒË jD’1z)Áa(]7″Dz”aŠ SSø2¦”-í”å2)é-v-^V’å:šñ¦¬ä£èÊÊÑŒûDûÍw,e¥­2NO9í¥h:ŸBKẆù‹ò9X”ÏÐra>AyÙé¿}¦þP¤íòm-E¬þA€t´SÐ3¬¶ëè¼” ­ïº”Óep-nÔ«:·ëéZí•k?à ½¬ UlŠl¦vS”Æ• S‹lhºÙÀÒ•èû®PxpT{Ì’÷ûÕv|¸Å”]!ús¼Y¤uh˜0 Â4™vIPEP¶^Jå¤ÍBhº,¥ã·©¡«Ûк €¦Û’R¦”žï0žŒkJt Øâþ2r°¶Ð2&oGVÌ’Õø­«SfîxôÈOÞÍôï*ºlÝ)êB.ÓáNQÔm£ˆ¡¾¬_Š,C=°t°ñáåk¿ˆE¿è’]þÿõ†¦éõKßøwUg£iªd&U6]äd®UêœPpWâ%Ó+1ʼn*󒩣׊ÞÝfŠ7†@Š*@Ì#h¡Eñ`fãµÔ%²ÌKfã°U 1e¯´3jêj5Qæ%£ µø/â’D”ŠÊÌ0˜p¯ŒJ¼Ì1·ý%Ém±¼ÌK†¹Ú-k³¿G5^þr°sf endstream endobj 22 0 obj > endobj 23 0 obj > endobj 24 0 obj > endobj 25 0 obj > endobj 26 0 obj >/ProcSet[/PDF/Text/ImageB/ImageC/ImageI] >>/Box[ 0 0 595.2 841.92] /Contents 27 0 R/Group>/Tabs/S/StructParents 2>> endobj 27 0 obj > stream xœ­IoǾà˜£˜ÅÚ@˜`HŠ pÝErt°•Ì!ÿ>U]Û{¯««{“ÀGêéÚÞò½µæþòûë-Ï>¾žÞ¾½¿¼¾~øøO?½Ü?|}}ýúëÏ÷ïÿóÏO÷?}øåËo^¿|ýíþ¯ÿþÛkzôüõëë§ßÏçÓÃÓãéáýíÍý³9 Á¸>½ÿ|{#Næmüæ×Û~ú%ýïÏ·7/oÔ~>½ÿáöæ]Ÿæh£ŒdAÃQ/oNàÝÝÞü…Œ°ÌÆW•«m8½ûññtºÿ)õÇÇïŸN@”bA¢Hç™99’™Z¦=q&¸9½ÿøòæ{F¶ÿìF3øH4Ã2ú´¬ƒ•ÐÌH0úå–êñ|§ã§yú§uç»>åÙåÇtÁÑy•SLÁíâ.Ü«›²aá­g>Ò­O¿º½ùüÇ¡”´.lXð’§Bäd-“t^â).éñ”§ƒæSÆÓr®Îw>¾ãÄÙÃÃÛ…Díë)))]Þëï‹eúå¥H×LßK[Æ>-8_5ÎVäœ SuE. ÈÕE!°H¾1Ç”²R%Ó Â9Ûú~¾r¨J»L uÖùœˆ•|qšö]#We…éä³™Ô’úá,øwççBã »¨«,éšÈ€i}-.ÏtDL£·)½â-ÚnÃãîd]`*t=~-eXˆ|ÂEÎýBô,{«íÊmá’sÏ·«ÑvG¨ÖŸ¬Žè°£Å¸ª¶«Ä”.g:»†K~$M:tÁüŠ’âòDpUx»Œ°¬ŠÆ IAçÍ݆é’F3§ñ»k5ÃU|BNB4ç5¡JbÅÂßLÏwùÜéß*+W-æ¬w¨™$}ßô˶þ51%ÒR,Ä|>‡µ kU•9[˜ÿîTÞXÒÔDuçñªýÕô÷¤c `i»%¤É-e.z ÑÎs ÈÀ¶[%˜0Ø2DeR>bb1MÛá°¡µ*w` N& Ó&Ïx;ew. l¬Ü4%«E>A~’rçð‡è~xH½£­¸`J¢’…˜m[òW7ê(†˜Ì@’ŠiÈb·XÞ é Ïc’˜™9·’þDd=B#a›F+5BEDc˜Œå-ùç iÝF>qˆ,áù«’É,{]ÐCî G$ZP•g-Έ ‹æCùê0dÍA®†¶?¾+šÍ,8aŠü»ªœ‡À‹ØŒ‹’¤àNcšD =&ö/{…J°³¡Áà{…D&IÔeu!DµËQ-ÑVȧ_¨³Øò•¯±â¾øwFæäwbµiÖ¬ÕÀÝgMëåXЦñQ¾M’·%Óö-!ØæÁ@®Èkß Ý UÂ`e=’/àÊ/uëü+ëS¾ Szu/’ÊD’©Ö²°Äð’¶ùÖMÈ^¸ˆh&Tù#º‡×Ò¾é[yZ’f­.퉔s;Sޱ &|pÔ•yYOÈPÜäQzmrû^z Ö9d3F’Âf4VÛa$Ÿg 5õÆz~t…Qà”éåLÙooÞF”,i9XÕÀ­è-!ö‰Ö-VÁ©%ü‡ƒ’Y˜´šÉ’iÄÈß(“LqP¥ Ôº@Œ§-‰€6©ïð$mƒêI4å¸Ûæ¯öå6d-zšR•51’µø(ú’=.Å™¥ vó N· g•'”ÿ&/ !”+-M¦£&jŸ§`˜g-è•›fjNhN¸$¾JZ• W `oÀg §¡’!ͪoòâìo³PÕáÝÕ8&K(³gUÙQªÎ&«ì-f&:J2§ŽŠÎ(SE’å(7×ø|àíyöP,=æØ!D¨TP°#ñÞáLv… dåLòjOË^«9]‡:%ðœxB’f:åý…¨¢E-›b¶ YÎo^a…J`Ç×Ô£0’™+~ãawB­÷5’j¡ãçјEè‰X‹Ò·X¬®~ `NHfsƒ,¦Á¤”2^µ Ïý-`å€Kž_Ô.³o5òoe?;ÌåA4Õ”~˜ñªÒYc*M¨´ó•+µhG{0Ù~Ò¹¬PѶë`ÝA$ãúÑV¶9®I/¡¼˜ŽáûRÓ±[Ò¨ƒI¹·ƒk&ÂÈ£žà•´óíüÀåG¾ E VÉ2ÀAF+_n¶ÀÌ#ÍpÏ!bÜB¼$Φó8″”RsÌšªar)g}7Í-ˆQP)g^¢Ù-©î¦3’Ähž”ï§Ý)¯ðÝì‹ôon ÆŸ >4¯Ýw-¥!›ožƒ¯ˆnA-®”X¨p6Lrèï”ÔräÄj#™RD8Ät¹+: ‡W0Aí2A[›œ.”ЭaÑ£™nO~»&ÈPrqœcÒ$9±ŽÚGu”§€ÌÈ]€ÆÇxÀÉ’/ýÆ ¸ú_À!¬Õ´ˆ”‹À?ãò¦e$‹-*°¬Š‰kG@’€uuÎ…í$|ñõù¡BÁÚJÞª#”5 »JåÏ•i”Ø:ÊP”&ÍUØ5Y³õFéF$³Ž®wÌ»­ÒÈ%fÁ”6>Ùƒz4I@j«SiêQô7ºG×åC”üNx¾ÁÐ>°ÇÈËÛèøÇ ñ¡hˆ©’ ÆàW-u)Á[ ¯÷”a!,õÿÉž@ŒèñE]ß$&޹¥+pm Ÿ²’£:À0ÚÌS ø*Ç~¢ßïlÂÕ¤.IœMOóÔ’ß³&9ò-ªäi›*ŒàW¸ÉKhÃ{×NÀE€_gé’$Íï‹w5_ û¸ ýÊÂÛ^™âHa·+ü¹eyÊpšïnIvúTR (͹A{ˆö¢Ä6Û’&£‹rÔSP”,¶-.]q¹¯dôh¶ú:ñdöJΤŸ§Àeƒ]kˆ(Q’ºåÿiÕ ¸ È:ðN •²Èäô°•ˆÃFÄ¡]¹°jRrK$¹å6€~Ö$øÈœi™üòæOÓÖ”¹ï$’É1hÎÝXO©ý­ZÅ,ÙêŽJ¥ai¼Ô°57I!tJ‹kR•mí0GKãš{æõ7-ÆmpX@áÓÿ­8>#½=fæàéöúÏÜ~8ƒ3…¦L!ŸœnÔïoÔ©%}x|§á@àmS#Þê¦mq¢• -ºa¤-iÖÇw­|`áŠSk±¯Ä1±:4í?¢žØ4lp*¼_8Ìéa]CæÝ;ÍþÕrdBkïvêP°Lî””eúë,3Eý´#ÍvÓsBû´Uïá’/ÄÂˆŠ µ]£˜UÓ0h¶æ(pŒ£k6ÛÕªpÍš®°D”æZoGÔ÷¡H”èŠ º­8i#…îA…¯™ûUºš ” ùµêKÈ.é^f¬ß^pÉ”çé-R™(UÕÇVÌ}¶$piu|êuŽí¨Ù™U °ÌT›ƒÊZ¨‹R«!Ãúi}êú?¨¢” ^¹(T´TôiÔXÏEm(.ì¬ý[šCYå’@oU€ ÷¼JUn¯íØ-aÛºÔà (3Âÿͦ’AßÛJ;’jU®ê†[VȵÛD¬ ¢ÄQ«”b t蘉1ûæW-å ±vº5÷íoJ1+A¯ÜÅTâ‰Fõ»ÌÖšK壒F9M$tCcôÀ’úI6Ã̬¤IWB†É`ÀÖÍk0œï[Rj¿od‡ûQñ §lv¤À£€jNj.(•^°³6Ñ%Kê %@òÓAbf†ukŒÜlö¨bÐZh¿9ļÝY†Úýªã ׋ßéN5ÊÄê¶’›!êµo½)å{Ìì˜Qf½M¤í»9rõ]@ÇæDaçéü8Þ±Nï[¬;v®»lPÄ ´LGÄ m1 ÿ€oäkòøí q¨³¨÷c£ÂÒLï÷«Ò)5›œâÆß²ñr*’ §ä ­rð”MwqwnJÒáR^}Oò-]šˆ¿X ùÅ’ÀVb©¹­¯ÏôhÞB)²Ó% Gs8g7bkî@@:á”Ý7ö’¸éà`÷;ܵûÆ^Do+E5`Î {·î$.yʹ ²vÙê’Ù¾º…Õ³Z˜’ìùnÚù^Sþ£ÐåŠ[[ÝdÌh| @ÊÅC¾M ¼=Ð Mj§|#½p«¬óFý¶$~Û”oÀ˜¨®:]ôéò¡ÞS];éHW¸h³ñ4?¹’š¬á¥”£Ö›1ûz©,ólm½vN};ÞÌÛýÔB›6¤´$”˜zÖot ¿-‘À8ÐÔïl™ú¥‡½VA&bʼ`_aëÂHI2 vV¯JÍ%YÊÔÓ^’¿¦ÎFª¢-kÈÝ-A`Ö=$Å1o­RÙñ’-VŠFÇ”9‰Ù‰YŽþa fWÊ]r¼†Š }®½g Ò)…$G0¿Šg¶a²bû楔˜µ:朶L .éÃé¾áx½• ”.8M7pá5TMgàL³®d…Ò@Öa»¸æÓõ}C”OYu%}ÒÛht”‘²Ô’Iõ qÜ8″N=Ÿ==$F-ö]á wx-ƒôµµü¾ E{CKÞô¼´Ìre öNïî-Š•7U ûv,¬e›ªE”*Ý´_Ï’DŽ‹”˜O×ñµÆ#Áâ&_¬ÍßT°bé’ Ž^A·zùm8r®‡#OÆ#­ÅÚ )¢þ¥9*ŒÌ‡(LÆ¡ËøÜ§‡Ø¤d‡ðŠiµ AØç†ð-¹p7À€+¹GbµGy+Ñl sb:É‹ ͽî7 ®pn:Þ@ßÍCЀ×0Ä2æØo,D•±˜¤ßmýÀH0‰•›äG”)ž êeŒdÀzÆÍ52Ð+`$’Zµ…ì­h’3h¼A¡Eºï=XfѸâ…Ì}œruÞ!c/÷›8Àï¹Röª§KŠH°›H®mý±ÝÍ›;ð-‘û{ôw/ÏP¿!k3ª)#tHi¸#³Ëée%RÞàÈ,£y%ýˆ’84Ë(cfI¿9 7+Lÿk endstream endobj 28 0 obj > endobj 29 0 obj > endobj 30 0 obj > endobj 31 0 obj [ 32 0 R] endobj 32 0 obj > endobj 33 0 obj > endobj 34 0 obj > endobj 35 0 obj > endobj 36 0 obj > endobj 37 0 obj >/ExtGe>/ProcSet[/PDF/Text/ImageB/ImageC/ImageI] >>/Box[ 0 0 595.2 841.92] /Contents 38 0 R/Group>/Tabs/S/StructParents 3>> endobj 38 0 obj > stream xœíZMoÜ6½/°ÿG·€¹~0X{½AHߌÜÔNsHܦÛCÿ}‡%’Å•Ö Eh%’ÃÇ™7C1›Ý×ã§§‡GruµÙ~{ü•Üo®ŸÇçÏï7wÿþ¸yóðñÓ-‡ã§ç/›wýrôÏÏÇǯÛ-¹Þßë»õjsP€2IîžÖ+ ÿ QÒPɉj5¾ùŒí^½F>þ¹^á¿áV¸xûj½º¿?¼’w?¯W·hÓÛí,)NL-Ý_¤íëÕÛAM56L÷ ·¯oÙ¼ñó}óÓž°8)ð𜣠-1¯-Hé¨4Uš|}¯ž~,€Ì+@@PÇ3¯´V §ªA|qŸÔÛKƒW£cb{iñ·ÆgÒ_-þeŒ«CóÛõmn¶:61°þ§ ·¡…·¨¯·-ṯÕ.ÞBó[õFŒÞZoúL÷Cäµ½ÓuI^õ½°æ8ÆmCb-®k2¢ç=½8ø›ý6Œîm‡ë!4#ï£U kÊ`§UmÇâ2ÜØÆi”ÎãüÂh‡ðÞë9H‰‰!¦†à?þæ§x©¿'”éœE)p3 “,îÆá

ŸPÞ{²gZ›š#Ƶ9Øo’ÈbÌã¾­kÞµýÒ7…Û’#J’AÔ^6’1ŠŒšÞô™’I:/ŒL6ì¿™(‘ájÆ#ÅL›-Dx;k”3æêa`ávëRé6…APuB×}7™€n9éáФ Ñ-Àúåa&¥ÁpÁt¼GÔ³ ¨¢ÒœIÀ´ó2æÃ~›°fͺ•ûÐ’ÎM­¿µÕ¬°ôŽ-Ðï»ò&ô,-u’1Ï‹O}zuôÜ%¿UœQƒ:soÖ41†>=zQ£©Qýè{Ú+ŽÅdHrjˆÄæ© µêc’ËÛj®”¥óü=Hû Zè»8ÐMݦïÚº0·S®2÷ÕsÛÌÏm…œ›ÛIç…¹ ;J…sh‰DQƒÓûQ96RYÕ׬C³ª·-ÉGÖìL> ówà€ÁÞ5ºâzÀöÀ,hîÝ@€”|ç·;q#Q¬šK)‹Û:+ò”…€WU-¶±°¾`g£®»­Z[ô3](½C@)YË×á~3ò2bŽõ²å+.€Ÿ»ž”Š””aäŒ •é~K¤d¥,-(ª¯ùê5E^Ûó=X0‰”‡LÍR7rrnÉí¬”N­®Šv¾*âjiݹª˜t^¨ŠÙ°ÿ«âÙª8Q ^ðòwOeÀÿ]ñœ9òíœ RŠi BI°^^îõD¬XcÆO’ì”⇫q~~wl1©(‡o¸úLòßõÀ¥ˆ#³]6I|E=ûËO£?ÚÄŒƒ’)~|-O«[ùwIzí”ÜÖ®K¶½ ³*ƒö4$‰u½2péY”Â^ÅeœHˆ X*må,’Í=ŒP¸-3vpá¶Í*½++]ÇJ¤”á’F¼W®|ݱê®8Uo'”ƒ©½ýÉï,§7Ýàt±PíõT’KR㌛ڷu€”×¥@1‡4@’XüdÐ¥0ž’©Í’¾M»v·õGQãšÓµ”¸þK °-q±æÑ²B1}â!Ê™šÔ…áóŒŽÊ5Mu#|ãR)]ú;miÛ­í©NV€Ö’ OŸšXô”K¦sA«qUŸ€ÃæFêäÐM’¨KCS‹Œ) ˆ””5`”‘ÐÌ9p[BÄ0 £}gy‰Ã4″áÇKñ ))×sÄK)ÕBÒhi)$Y’þ€~¦J|n ÈÏÆg!*qW¼Î”^!7÷×ÅJäæR79Û9‰×0UÈJGÕBH¢ÄmÒc™ç%Q!7’2³R‰Ý`ÁVžE%Qá6g@¥XЍDnŽ277ßD…Þ Ñ,ÅT¢7€ö[½y^ª°”¦bqÜJì¶H ¯à3½Ta703-b’%zk…j”gÍ2¯ÉD©’ÿ÷(Ós$ᱟ”‘ endstream endobj 39 0 obj > endobj 40 0 obj > endobj 41 0 obj [ 42 0 R] endobj 42 0 obj > endobj 43 0 obj > endobj 44 0 obj > endobj 45 0 obj >/XObject>/ProcSet[/PDF/Text/ImageB/ImageC/ImageI] >>/Box[ 0 0 595.2 841.92] /Contents 46 0 R/Group>/Tabs/S/StructParents 4>> endobj 46 0 obj > stream xœ¥[Ko$·¾Ðè£l`(¾É”4’&Ø

Источник

Условие разрешимости задач

Если объемы двух меньших сосудов не имеют общего делителя (т. е. взаимно просты), а объем третьего сосуда больше или равен сумме объемов двух меньших, то с помощью этих трех сосудов можно отмерить любое целое число литров, начиная с 1 литра и кончая объемом среднего сосуда.

Имея, например, сосуды вместимостью 15, 16 и 31 литр, вы сумеете отмерить любое количество воды от 1 до 16 литров. Такая процедура невозможна, если объемы двух меньших сосудов имеют общий делитель.

Алгоритм решения задач на переливание

Рассмотри задачу: как с помощью сосудов объемом 7 и 11 литров и бочкой с водой отмерить 2 литра воды.

Как ни странно, но головоломки на переливание жидкостей можно очень легко решать, вычерчивая бильярдную траекторию шара, отражающегося от бортов ромбического стола! Границы таких столов удобнее всего рисовать на бумаге, на которую нанесена сетка из одинаковых равносторонних треугольников. В рассматриваемой задаче стороны стола должны иметь длины 7 и 11 единиц (рисунок 1).

По горизонтали отложено количество воды в 11-литровом сосуде в любой момент времени, а по вертикали — та же величина для 7-литрового сосуда.

Как же пользоваться диаграммой? Представьте себе, что шар находится в левой нижней вершине в точке 0. Он будет перемещаться вдоль нижнего основания ромба до тех пор, пока не достигнет правой боковой стороны в точке 11. Это означает, что 11-литровый сосуд наполнен до краев, а 7-литровый пуст.

Отразившись упруго от правого борта, шар покатится вверх и влево и ударится о верхний борт в точке с координатами 4 по горизонтали и 7 по вертикали. Это означает, что в 11-литровом сосуде осталось всего 4 литра воды, а 7 литров из него перелили в меньший сосуд.

Прослеживая дальнейший путь шара и записывая все этапы его движения до тех пор, пока он не попадет в точку 2 верхнего борта, вы получите ответ и узнаете, в какой последовательности необходимо производить переливания, чтобы отмерить 2 литра воды. Все 18 переливаний изображены схематически на рис. 1. Наклонные стрелки говорят о том, что вода переливается из одного сосуда в другой, а вертикальные означают, что либо вода целиком выливается из меньшего сосуда обратно в бочку, либо больший сосуд надо наполнить водой до краев.

Является ли это решение самым коротким? Нет, существует второй путь, когда воду сначала наливают в 7-литровый сосуд. На диаграмме (рис. 1) это соответствует тому, что шар из точки 0 катится вверх вдоль левого борта до тех пор, пока не ударится в верхний борт. Нарисовав траекторию бильярдного шара, читатель убедится в том, что точка 2 достигается на этот раз за 14 отражений от борта. Полученное решение с 14 переливаниями уже является самым коротким.

Требуется немного сообразительности, чтобы применить метод бильярдного шара к любой задаче о переливании жидкости с помощью не более чем трех сосудов.

Рассмотрим старую головоломку с тремя сосудами, восходящую еще к Никола Фонтана, итальянскому математику XVI века. Восьмилитровый сосуд до краев наполнен водой. С помощью двух пустых сосудов объемом 3 и 5 литров воду надо поровну разлить в два больших сосуда. Диаграмма для этой задачи — ромбический стол размером 3х5 — изображена на рис. 2. Главная диагональ рома поделенная наклонными прямыми на 8 частей, относится к 8-литровому сосуду. Как и в предыдущей задаче, бильярдный шар начинает свое движение из точки 0.

Нарисовать его траекторию совсем несложно. С ее помощью вы получите решение в минимальным числом переливаний, равным 7.

Когда объем большего сосуда меньше суммы объемов двух других, возникают новые ограничения. Если, например, объемы сосудов равны 7, 9 и 12 литрам, то у ромбического стола надо отсечь нижний правый угол (рис. 3). Тогда шар сможет попасть в любую точку от 1 до 9, за исключением точки 6. Несмотря на то, что 7 и 9 взаимно просты, отмерить 6 литров воды оказывается невозможным из-за того, что самый большой сосуд имеет слишком маленький объем.

Читайте также:  Какими таблетками можно почистить сосуды от тромбов

Источник

Проектная работа

«Задачи на переливание»

Работу выполнили

учащиеся 6 б класса

Васильев Валерий,

Хаертдинов Марсель

Руководитель

Кочкурова Л.Б.,

учитель математики

Содержание

1.Введение………………………………………………………………………………………… 3

2. Немного истории………………………………………………………………………………. 4

3. Типы задач на переливание, алгоритм их решения…………………………………… 5

4. Примеры задач на переливание, где участвуют два сосуда, воду наливают из водопроводного крана (реки), лишнюю воду выливают……………………………… 6

5. Примеры задач, в которых три сосуда и воду выливать нельзя……………………… 8

6. Литература…………………………………………………………………………………… 10

Цель проекта – реализация проектного замысла: изучить виды логических задач на переливание, алгоритмы их решения, учиться применять их на практике.

Результат – заранее продуманный проектный продукт: решение практических задач.

Актуальность и выбор темы связаны следующим фактором: мы активные участники дистанционных олимпиад по математике и заметили, что часто встречаются подобные задачи.

Введение

Практически ни один классический сборник, связанный с играми и развлечениями, не обходится без раздела «Дележи», причём заметное место в нём занимают задачи о переливании жидкостей из сосуда в сосуд. Задачи на переливание – это задачи, в которых с помощью сосудов известных емкостей требуется отмерить некоторое количество жидкости. Простейший прием решения задач этого класса состоит в переборе возможных вариантов. Понятно, что такой метод решения не совсем удачный, в нем трудно выделить какой-либо общий подход к решению других подобных задач. Более систематический подход к решению задач “на переливание” заключается в использовании отдельных таблиц, в которые заносят количество жидкости в каждом из имеющихся сосудов. Задачи на переливание относят к логическим задачам, решение которых не только очень увлекательный, но и полезный способ времяпрепровождения, как для школьников, так и для взрослых.

Немного истории

Непросто определить, в каком старинном трактате впервые появились задачи на переливание жидкостей. Пожалуй, самая известная из них опубликована более семи веков назад. Познакомимся с ней. В одном средневековом сочинении, восходящим к середине 13-го столетия, предлагается такого рода задача: «Господин послал своего слугу в ближайший город купить 8 мер вина. Когда слуга, выполнив поручение, собирался домой, ему повстречался другой слуга, которого господин тоже послал за вином. «Сколько у тебя вина?» – спрашивает второй слуга. «8 мер», – отвечает тот. «Мне тоже нужно купить вина». «Ты уже ничего не получишь, так как в городе больше вина нет», – заявляет первый. Тогда второй слуга просит его поделиться с ним вином и показывает ему имеющиеся при нём два сосуда, один в 5, другой в 3 меры. Как произвести делёж при помощи этих трёх сосудов? (т. е. у каждого из слуг должно получиться ровно по 4 меры вина)».

Одной из самых известных задач подобного рода является задача Симеона Дени Пуассона (1781 – 1840), знаменитого французского математика и физика. Именно с решением одной из сложных задач о переливаниях, связывают раскрытие математических способностей выдающегося французского математика С. Д. Пуассона. Говорят, что эта задача сыграла решающую роль в выборе профессии. Однажды, знакомый принес юному Пуассону несколько задач на переливание, разного уровня сложности. Пуассон решил их менее чем за час, и определил выбор своей будущей профессии – математик.

Типы задач на переливание, алгоритм их решения

Все задачи на переливание можно представить двумя типами:

  • «Водолей» – задачи, в которых необходимо получить некоторое количество жидкости с помощью нескольких пустых емкостей из бесконечного источника, из которого можно наливать жидкость, и в который ее можно выливать.

  • «Переливашка» – задачи, в которых необходимо разделить жидкость в большей емкости с помощью нескольких меньших по объему емкостей, жидкость можно только переливать из одной емкости в другую.

Первый тип задач кажется полегче, второй – сложнее.

В задачах на переливание разрешены следующие операции:

  • заполнение жидкостью одного сосуда до краев;

  • переливание жидкости в другой сосуд или выливание жидкости;

При решении таких задач необходимо учитывать следующие замечания:

  • разрешается наливать в сосуд ровно столько жидкости, сколько в нем помещается;

  • разрешается переливать всю жидкость из одного сосуда в другой, если она в него вся помещается;

  • разрешается отливать из одного сосуда в другой столько жидкости, сколько необходимо, чтобы второй сосуд стал полным.

Каждую задачу на переливание таким методом можно решать двумя способами:

а) начать переливания с большего сосуда;

б) начать переливания с меньшего сосуда.

Какой из способов более рационален (т.е. каким способом мы быстрее получим нужное количество жидкости) зависит от условий задачи. Изначально это определить нельзя.

При решении задач первого типа («Водолей») можно использовать такой алгоритм:

  1. Наполнить большую емкость жидкостью из бесконечного источника.

  2. Перелить из большей емкости в меньшую емкость.

  3. Вылить жидкость из меньшей емкости.

  4. Повторить действия 1-3 до тех пор, пока не будет получено обозначенное в условии задачи количество жидкости.

При решении задач второго типа («Переливашка») можно использовать следующий алгоритм:

  1. Из большей емкости наполнить емкость промежуточного объема.

  2. Перелить жидкость из промежуточной емкости в самую маленькую емкость.

  3. Перелить жидкость из самой маленькой емкости в большую емкость.

  4. Повторять действия 2-3 до тех пор, пока емкость промежуточного объема не станет пустой.

  5. Если емкость промежуточного объема опустела, то повторить действия 1-5 до тех пор, пока не будет получено обозначенное в условии задачи количество жидкости.

Примеры задач на переливание, где участвуют два сосуда, воду наливают из водопроводного крана (реки), лишнюю воду выливают

1. Как, имея два ведра: емкостью 5 и 9 литров, набрать из реки ровно 3 литра воды?

Решение:

1шаг – набираем 9л и переливаем в 5литровую, остается 4л

2шаг – 5литровую выливаем и переливаем туда эти 4л

3 шаг – теперь снова набираем 9л и доливаем из нее в 5литровую, тогда останется 8л

4 шаг – 5литровую выливаем и отливаем 5л от 8л, останется 3л

Читайте также:  Сколько стоит стентирование сосудов в уфе

Задача решена. В 9-литровом сосуде получили ровно 3л.

2. Как с помощью 2-литровой и 5-литровой банок отмерить ровно 1 литр?

Решение: Задача решена. В 5-литровом сосуде получили ровно 1л.

3. Есть два кувшина емкостью 5 л и 9 л. Нужно набрать из источника 7 л воды, если можно пользоваться только кувшинами.

а)Решим задачу, наполнив первым действием 5-литровый кувшин.

б)Решим задачу иначе. Наполним первым действием 9-литровый кувшин.

Задача решена. В 9-литровом кувшине получили ровно 7л.

4. Для разведения картофельного пюре быстрого приготовления “Зеленый великан” требуется 1 л воды. Как, имея два сосуда емкостью 5 и 9 литров, налить 1 литр воды из водопроводного крана?

Решение :

Задача решена. В 5-литровом сосуде получили ровно 1л.

5. Для марш-броска по пустыне путешественнику необходимо иметь 4 литра воды. Больше он взять не может. На базе, где имеется источник воды, выдают только 5-литровые фляги, а также имеются 3-литровые банки. Как с помощью одной фляги и одной банки набрать 4 литра во флягу?

Решение :

Задача решена. Во фляге получили ровно 4л.

6. Имеются два сосуда вместимостью 3л и 5л. Как с помощью этих сосудов налить из водопроводного крана 4 л воды?

Решение :

3

2

2

3

5

2

2

5

4

Задача решена. В 5-литровом сосуде останется ровно 4л.

7. Имеются два сосуда вместимостью 8л и 5л. Как с помощью этих сосудов налить из водопроводного крана 7л воды?

5

5

8

2

2

7

5 л

5

5

2

2

5

Решение :

Задача решена. В 8-литровом сосуде получили ровно 7л.

8. Как, имея два ведра емкостью 4л и 9л, налить из водопроводного крана 6л воды?

9

5

5

1

1

9

6

4

4

1

1

4

Решение :

Задача решена. В 9-литровом ведре останется ровно 6л.

9. Как, имея лишь два сосуда вместимостью 5л и 7л, налить из водопроводного крана 6л воды?

7

2

2

7

4

4

7

6

5

2

2

5

4

6

5

Решение :

Задача решена. В 7-литровом сосуде останется ровно 6л.

10. Имеются два сосуда вместимостью 17л и 5л. Как с помощью этих сосудов налить из водопроводного крана 13л воды?

Решение :

17 л

5

5

10

10

15

15

17

3

3

8

8

13

5 л

5

5

5

5

3

3

5

5

Задача решена. В 17-литровом сосуде останется ровно 13л.

Примеры задач, в которых три сосуда и воду выливать нельзя

Воду берут не из водопроводного крана. В таких задачах вода уже есть в каком-то сосуде, например, в самом большом. А маленькими ёмкостями мы будем переливать воду. Выливать воду нельзя. Если необходимо освободить сосуд, то лишнюю воду выливают в другой сосуд. Обычно больший сосуд – это хранилище, откуда берут воду и в него сливают лишнюю. Таблица может быть составлена на три сосуда, а можно обойтись и таблицей на два сосуда.

1. Бидон ёмкостью 10 л наполнен молоком. Требуется перелить из этого бидона 5 л в семилитровый бидон, используя при этом ещё один бидон, вмещающий 3 л. Как это сделать?

Запись решения отражает только два сосуда. В решении покажем только два бидона 5л и 3 л. Выливать молоко будем обратно в 10-литровый бидон.

1 действие. Из 10-литрового бидона нальем 3-литвовый бидон.

7 л

3

3

6

6

7

2

2

5

3 л

3

3

3

2

2

3

Запись решения отражает все три сосуда. В решении покажем как изменялось количество молока во всех трех бидонах. Т.е. добавляем еще строку выше для 10-литрового бидона, чтобы следить за количеством молока в нем. Это не сложно: надо следить за тем, чтобы общее количество молока все время было 10 литров.

1 действие. Из 10-литрового бидона нальем 3-литвовый бидон.

10 л

7

7

4

4

1

1

8

8

5

5

7 л

3

3

6

6

7

2

2

5

3 л

3

3

3

2

2

3

Второй способ решения этой задачи. Можно начать с заполнения 7-литрового бидона. Решение получилось короче на два переливания.

10 л

3

3

6

6

9

9

2

2

7 л

7

4

4

1

1

7

5

3 л

3

3

1

1

3

2. Двое должны разделить поровну 8 вёдер кваса, находящегося в большом бочонке. Но у них есть ещё только два пустых бочонка, в один из которых входит 5 вёдер, а в другой – 3 ведра. Спрашивается, как они могут разделить этот квас, пользуясь только этими тремя бочонками?

Решение:

Разделить квас пополам, т.е. надо получить 4 ведра. Начнем с заполнения 3-ведерного бочонка. Из 8-ведерного будем наполнять бочонки и сливать туда квас, когда нам надо будет освободить сосуд.

8 – вед

5

5

2

2

7

7

4

4

5 – вед

3

3

5

1

1

4

3х- вед

3

3

1

1

3

Задача решена. В 5-ведерном бочонке получилось 4 ведра кваса.

Еще 4 ведра в 8-ведерном бочонке. 3. В первый сосуд входит 8 л и он наполнен водой. Имеются еще два пустых сосуда ёмкостью 5л и 3л. Как с помощью этих сосудов отмерить ровно 1 л?

Решение:

8 л

8

3

3

5

5

2

2

5 л

5

2

3

3

5

3 л

3

3

3

1

Задача решена.В 3-литровом сосуде получился 1 л воды.

4. В первый сосуд входит 12 л и он наполнен водой. Имеются еще два пустых сосуда ёмкостью 5л и 8л. Как разделить воду на две равные части?

Решение:

12 л

12

4

4

9

9

1

1

6

8 л

8

3

3

8

6

6

5 л

5

3

3

5

Задача решена.

Литература

  1. Ф.Ф.Нагибин, Е.С.Канин . Математическая шкатулка М.: Просвещение, 1988

  2. Я.И.Перельман. Занимательная геометрия М.: ГИФМЛ, 1959

  3. В.Н.Русанов. Математические олимпиады младших школьников М.:Просвещение, 1990

  4. Е.П.Коляда. Развитие логического и алгоритмического мышления учащихся //Информатика и образование. 1996. N1.

  5. И.Ф.Шарыгин. Математический винегрет М., АГЕНТСТВО “ОРИОН”, 1991

В век новых информационных технологий мы много времени тратим на бессмысленные игры на компьютере. А не лучше ли заняться решением разного типа логических задач, решения которых не требуют сложных математических вычислений?

Ведь задачи на логику развивают в человеке догадливость, сообразительность и интеллект. А мышление – высшая ступень познания человеком действительности.

Логические или нечисловые задачи составляют обширный класс нестандартных задач. К классу логических задач относятся и задачи на переливания. Задачи на переливание – это не привычные всем со школы математические задачи.

В данной работе рассматриваются виды задач на переливание, алгоритмы их решения, приводится решение некоторых из них. При решении задач авторы проявили исключительную самостоятельность. Процесс решения задач на переливание был очень увлекательным, но и крайне полезным способом времяпрепровождения и хорошим способом развития умственных способностей авторов работы. Данная работа была представлена на школьной НПК, апробирована в виде презентации и получила отличную оценку среди работ шестиклассников.

Источник