著名机构五年级数学暑假讲义第14讲.必胜策略.优秀A版
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1、1第 9级上 优秀 A 版教师版 第 14 讲 漫画释义漫画释义 四年级春季 操作类智巧趣题 五年级暑假 棋盘中的数学 五年级暑假 必胜策略 五年级秋季 神奇的 9 五年级春季 从反面情况考虑 拿火柴(包括质数类) ,石子,划方格等游戏中的必胜策略; 对称思想 知识站牌知识站牌 第十四讲第十四讲 必胜策略必胜策略 2第 9级上优秀 A 版教师版 我国古代有一个“田忌赛马”的故事;齐王经常要求将军田忌和他赛马.规定各从自己的马中选 上等马、中等马、下等马各一匹,进行三场比赛,每场各出一匹马.每胜一场可得一千金.田忌的这三 个等级的马都不如齐王的好.但田忌的上等马要优于齐王的中等马,田忌的中等马要
2、优于齐王的下等 马.田忌的朋友孙膑给他出了一个主意,叫田忌用下等马对齐王的上等马,上等马对齐王的中等马, 中等马对齐王的下等马.结果,田忌先负一场然后连胜两场,反而赢了一千金.这个故事是对策的一个 典型例子.他告诉我们:在竞争时,要认真分析研究、寻求并制定尽可能好的方案.利用它取得尽可能 大的胜利,或在胜利无望的时候,也不至于输得太惨.这种思想在 20 世纪形成了对策论这门新兴学 科.下面我们就研究下游戏中的必胜策略. 1.掌握对策问题寻找胜局的方法掌握对策问题寻找胜局的方法; 2.利用数论的知识解决相关的对策问题利用数论的知识解决相关的对策问题 小学数学中的对策问题小学数学中的对策问题,主要
3、是研究在两人的游戏过程中如何使自己取胜的策略问题主要是研究在两人的游戏过程中如何使自己取胜的策略问题对策问对策问 题研究的是一个题研究的是一个“ 活的活的” 对手对手,因而在考虑问题时往往需要设想对手可能采取的各种方案因而在考虑问题时往往需要设想对手可能采取的各种方案,并使己方并使己方 的策略能在对手所采取的各种可能的方案中都占据有利的局面的策略能在对手所采取的各种可能的方案中都占据有利的局面这种局面称作这种局面称作“ 胜局胜局” ,那么在一种那么在一种 游戏规则下游戏规则下,是否存在是否存在“ 胜局胜局” ?怎样找寻胜局和如何把握胜局就成了研究对策问题的关键怎样找寻胜局和如何把握胜局就成了研
4、究对策问题的关键概括起概括起 来来,我们把用数学的观点和方法来研究取胜的策略叫做对策问题我们把用数学的观点和方法来研究取胜的策略叫做对策问题 对策问题的对策问题的 3个最基本要素个最基本要素: 局中人局中人,在一场竞赛或争斗中的参与者在一场竞赛或争斗中的参与者他们为了在对策中取得最终胜利他们为了在对策中取得最终胜利,必须制定出对付必须制定出对付 对手的行动计划对手的行动计划,这种有决策权的参加者称为局中人这种有决策权的参加者称为局中人局中人并不是特指某一个人局中人并不是特指某一个人,而是指参加竞而是指参加竞 争的各个阵营争的各个阵营只有两个局中人的对策问题为只有两个局中人的对策问题为“双人对策
5、双人对策”,而多于两个局中人的对策问题为而多于两个局中人的对策问题为“多人对多人对 策策” 策略策略,是指某一局中人的一个是指某一局中人的一个“自始至终通盘筹划自始至终通盘筹划”的可行方案的可行方案,在一局对策中在一局对策中,各个局中人各个局中人 可以有一个策略可以有一个策略,也可以有多个策略也可以有多个策略 一局对策的得失一局对策的得失在一局对策中在一局对策中,必有胜利者和失败者必有胜利者和失败者比赛成绩的好坏比赛成绩的好坏,我们称之为我们称之为“得得 失失”每个局中人在一局对策中的得失与全体局中人所采取的策略的优劣有着直接的关系每个局中人在一局对策中的得失与全体局中人所采取的策略的优劣有着
6、直接的关系 经典精讲经典精讲 教学目标教学目标 课堂引入课堂引入 3第 9级上 优秀 A 版教师版 第 14 讲 模块模块 1: 例例 1- 3:奇偶性奇偶性 模块模块 2: 例例 4- 5:数论数论 桌子上放着桌子上放着 55 根火柴根火柴,巍巍巍巍、涛涛二人轮流取涛涛二人轮流取,每次可取走每次可取走 1 根根、3根或根或 5 根根,规定谁取走最后一规定谁取走最后一 根火柴谁获胜根火柴谁获胜如果双方都采用最佳方法如果双方都采用最佳方法,巍巍先取巍巍先取,那么谁将获胜那么谁将获胜? (学案对应学案对应:学案学案 1) 【分析分析】法 1:抓不变量,巍巍每次都能保证二人每轮都拿走 6 根,于是
7、556=9 1,所以先去 1 根,接下来对方取 a 根,巍巍就取6- a 根即可; 法 2(重点) :奇偶性,显然,每次只能取走奇数根,55 只能是奇数个奇数的和,于是巍巍 胜. 想想练练想想练练:桌子上放着桌子上放着 60 根火柴根火柴,甲甲、乙二人轮流每次取走乙二人轮流每次取走1 3根根规定谁取走最后一根火柴谁规定谁取走最后一根火柴谁 获胜获胜如果双方都采用最佳方法如果双方都采用最佳方法,甲先取甲先取,那么谁将获胜那么谁将获胜? 【分析分析】乙胜,和对方凑4 桌子上放着桌子上放着 55 根火柴根火柴,巍巍巍巍、涛涛二人轮流取涛涛二人轮流取,每次可取走每次可取走 1 根根、3根或根或 7 根
8、根,规定谁取走最后一规定谁取走最后一 根火柴谁获胜根火柴谁获胜如果双方都采用最佳方法如果双方都采用最佳方法,巍巍先取巍巍先取,那么谁将获胜那么谁将获胜? 【分析分析】显然,每次只能取走奇数根,55 只能是奇数个奇数的和,于是巍巍胜. 想想练练想想练练:桌子上放着桌子上放着 56 根火柴根火柴,巍巍巍巍、涛涛二人轮流取涛涛二人轮流取,每次可取走每次可取走 2 根根、6 根或根或 14 根根,规定规定 谁取走最后一根火柴谁获胜谁取走最后一根火柴谁获胜如果双方都采用最佳方法如果双方都采用最佳方法,巍巍先取巍巍先取,那么谁将获胜那么谁将获胜? 【分析分析】显然, 每次取走的都是偶数, 但都不是 4 的
9、倍数,因此可以将总根数和取的根数都除以2, 变成有 28 根火柴,每次可取走 1、3、7 根,于是可知涛涛必胜. 例 2 例 1 例题思路例题思路 4第 9级上优秀 A 版教师版 在在 44 的方格纸上有一粒石子的方格纸上有一粒石子,它放在左下角的方格里它放在左下角的方格里.甲乙二人玩游戏甲乙二人玩游戏,由甲开始由甲开始,二人交替地移二人交替地移 动这粒石子动这粒石子,每次只能向上每次只能向上、向右或向右上方移动一格向右或向右上方移动一格,谁把石子移到右上角谁胜谁把石子移到右上角谁胜.问甲能取胜吗问甲能取胜吗? 如果要取胜如果要取胜,应采取什么办法应采取什么办法? (学案对应学案对应:学案学案
10、 2) 【分析分析】甲要取胜,必须向右上走一格,还剩下 2 上 2 右.然后,乙如果向上走,甲也向上走,还剩 2 右;乙向右走,甲也向右走;乙向右上走,甲也向右上走,就能发现甲走完之后向上和 向右都差偶数格.总之,甲走完第一步以后,乙朝哪个方向走,甲就朝哪个方向走,这样甲 就能取胜 甲甲、乙两人玩数字游戏乙两人玩数字游戏,他们轮流用他们轮流用 19中任一数字中任一数字(数字可重复使用数字可重复使用)代表五位数代表五位数ABCDE中的中的 一个一个,如果最后这个五位数能被如果最后这个五位数能被 4 整除整除,则甲胜则甲胜;如果不能被如果不能被 4 整除整除,则乙胜则乙胜甲先填甲先填,谁有必胜谁有
11、必胜 策略策略? (学案对应学案对应:学案学案 3) 【分析分析】甲一上来必填 E,否则乙在 E 填 1,肯定不是 4 的倍数,于是甲需要在 E 填一偶数,如果 填 2 或 6,乙在 D 处填2,肯定不是 4 的倍数;如果填 4 或 8,乙在 D 处填 1,就可,所以 乙有必胜策略. 例 4 例 3 博弈论中诺贝尔奖博弈论中诺贝尔奖 从 1994 年诺贝尔经济学奖授予3 位博弈论专家开始, 共有 5 届的诺贝尔经济学奖与博弈论 的研究有关,分别为: 1994 年,授予美国伯克利加利福尼亚大学的约翰海萨尼(J.Harsanyi) 、普林斯顿大学约 翰纳什(J.Nash)和德国波恩大学的赖因哈德泽
12、尔滕(Reinhard Selten) 。 1996 年,授予英国剑桥大学的詹姆斯莫里斯(James A. Mirrlees)与美国哥伦比亚大学 的威廉维克瑞(William Vickrey) 。 2001年,授予美国伯克利加利福尼亚大学的乔治阿克尔洛夫(George A. Akerlof )生于 1940年、美国斯坦福大学的迈克尔斯宾塞(A. Michael Spence )和美国纽约哥伦比亚大 学的约瑟夫斯蒂格利茨(Joseph E. Stiglitz) 。 2005年,授予美国马里兰大学的托马斯克罗姆比谢林(Thomas Crombie Schelling)和耶路 撒冷希伯来大学的罗伯特
13、约翰奥曼(Robert John Aumann) 。 2007 年,授予美国明尼苏达大学的里奥尼德赫维茨(Leonid Hurwicz) 、美国普林斯顿大 学的埃里克马斯金(Eric S. Maskin)以及美国芝加哥大学的罗杰迈尔森(Roger B. Myerson) 。 2012 年,授予美国经济学家埃尔文罗斯(Alvin E. Roth)与罗伊德沙普利因(Lloyd S. Shapley) 。 作为一门工具学科能够在经济学中如此广泛运用并得到学界垂青实为罕见。 5第 9级上 优秀 A 版教师版 第 14 讲 想想练练想想练练:甲甲、乙两人玩数字游戏乙两人玩数字游戏,他们轮流用他们轮流用
14、19 中任一数字中任一数字(数字可重复使用数字可重复使用)代表五位数代表五位数 ABCDE中的一个 中的一个,如果最后这个五位数能被如果最后这个五位数能被 8 整除整除,则甲胜则甲胜;如果不能被如果不能被 8 整除整除,则乙胜则乙胜.甲先填甲先填, 谁有必胜策略谁有必胜策略? 【分析分析】能被 8 整除,必能被 4 整除,此题与例4 一样,所以乙有必胜策略. 黑板上写有黑板上写有 1、2、3、 、100 这这 100 个自然数个自然数,甲甲、乙二人轮流每次每人划去一个数乙二人轮流每次每人划去一个数,直到剩下两直到剩下两 个数为止个数为止如剩下的两数互质则判甲胜如剩下的两数互质则判甲胜,否则判乙
15、胜否则判乙胜 乙先划甲后划乙先划甲后划,谁有必胜策略谁有必胜策略?必胜策略是怎样的必胜策略是怎样的? 甲先划乙后划甲先划乙后划,谁有必胜策略谁有必胜策略?必胜策略是怎样的必胜策略是怎样的? (学案对应学案对应:学案学案 4) 【分析分析】甲有必胜策略将这 100 个数分成(1,2) , (3,4) , , (99,100)这 50 组,乙每 划一个数,甲就划去与乙划去的数同组的数,这样最后必然剩下两个在同一组的数由于 同组的数都是互质的,所以甲必胜 乙有必胜策略无论甲如何划,乙在前 47 次只划去奇数,并且留下 3,9,15 这三个奇 数如果乙做不到这一点,即甲在前 47 次中划了奇数,那么乙
16、只要一直划奇数即可使最后 剩下的两个数都是偶数,这样乙必胜如果乙能做到这一点,则甲前 47 次都划了偶数,此 时还剩下 3,9,15 和三个偶数如果接下来甲划掉了奇数,那么乙只要在剩下的两次中都 划去奇数即可保证剩下两个偶数; 如果接下来甲划掉了偶数, 那么乙接下来也要划去偶数, 这样即可保证 3,9,15 这三个数最后必然能剩下两个,所以乙必胜 智猪博弈智猪博弈 假设猪圈里有一头大猪、一头小猪。猪圈的一头有猪食槽,另一头安装着控制猪食供应 的按钮, 按一下按钮会有 10 个单位的猪食进槽, 但是谁按按钮就会首先付出2 个单位的成本, 若大猪先到槽边,大小猪吃到食物的收益比是 91;同时到槽边
17、,收益比是 73;小猪先到 槽边,收益比是 64。那么,在两头猪都有智慧的前提下,最终结果小猪选择等待还是按控 制按钮。 答案:小猪选择等待,让大猪去按控制按钮,而自己选择等待的原因很简单:在大猪选择行 动的前提下,小猪选择等待的话,小猪可得到 4 个单位的纯收益,而小猪行动的话,则仅仅 可以获得大猪吃剩的 1 个单位的纯收益,所以等待优于行动;在大猪选择等待的前提下,小 猪如果行动的话,小猪的收入将不抵成本,纯收益为-1 单位,如果小猪也选择等待的话,那 么小猪的收益为零,成本也为零,总之,等待还是要优于行动。 例 5 6第 9级上优秀 A 版教师版 甲甲,乙轮流从乙轮流从117 这这 17
18、 个数中标记数个数中标记数,规定规定: (1)每次标记一个数每次标记一个数;(2)不能标记已标记的数不能标记已标记的数; (3)不能标记已标记数的不能标记已标记数的 2 倍倍; (; (4)不能标记已标记数的不能标记已标记数的 1 2 ; (5)谁没数可标记谁就输谁没数可标记谁就输. 现在甲先标记了现在甲先标记了 8,乙要保证自己必胜乙要保证自己必胜,乙接着应该标记乙接着应该标记_. 【分析分析】甲标了 8 后,4 和 16 就不能再标记.剩下的数分成以下几组. 第一组(3,6,12) 第二组(1,2)(5,10)(7,14) 第三组(9)(11)(13)(15)(17) 其中第一组是可选的,
19、当选 6 时,就不能选其他数,而选3 或 12 时还可以再选一个.第一 组数决定了最终的局数.根据奇偶性,乙应该选6,这样就可以总共进行 10 轮.因此甲先, 所以最后一个可标记数是乙标记的.乙必胜. 1.甲乙两人轮流在黑板上写甲乙两人轮流在黑板上写 27 之间的正整数之间的正整数,规定在黑板上写过的数规定在黑板上写过的数,它的任何倍数就不能再它的任何倍数就不能再 写了写了, 最后不能写的人为失败者最后不能写的人为失败者.如果甲第一个写数如果甲第一个写数, 那么谁有必胜策略那么谁有必胜策略?如果是写如果是写 28 之间的之间的 正整数呢正整数呢? 【分析分析】27 乙胜,如果甲取 2,那么乙取
20、3,还剩 5、7,一人写一个,乙胜; 如果甲取3,那么乙取 2,还剩 5、7,一人写一个,乙胜; 如果甲取4,那么乙取 6,还剩 2、3、5、7,一人写两个,乙胜; 如果甲取5,那么乙取 2,还剩 3、7,一人写一个,乙胜; 如果甲取6,那么乙取 4,还剩 2、3、5、7,一人写两个,乙胜; 如果甲取7,那么乙取 2,还剩 3、5,一人写一个,乙胜; 28 甲胜,因为甲取了 8,就相当于27,乙先取,后者胜,甲胜. 2.如下图如下图,将将 2008 个方格排成一行个方格排成一行,在最左边的方格中放有一枚棋子在最左边的方格中放有一枚棋子,巍巍巍巍、涛涛二人交替地移涛涛二人交替地移 动这枚棋子动这
21、枚棋子,巍巍先涛涛后巍巍先涛涛后,每人每次可将棋子向右移动若干格每人每次可将棋子向右移动若干格,但移动的格数不能是合数但移动的格数不能是合数, 将棋子移到最右边格子的人获胜将棋子移到最右边格子的人获胜如果巍巍先移如果巍巍先移,巍巍是否有制胜的策略巍巍是否有制胜的策略? 【分析分析】由于每人每次移动的格数都不能是合数,所以移动的格数有以下情况:1;唯一的偶质 数 2;奇质数所以每次移动 1、2 或者3 格是符合题意的,而移动 4 或者 4的倍数格不 合题意那么每次移动的格数除以 4 的余数为1、2 或 3所以巍巍有必胜策略:巍巍先移 3 格,这样还剩下 2004 格(4 的倍数格);以后涛涛每移
22、动4nk格(1k 、2 或 3),巍巍就 移动4k格,这样每次巍巍移动后还剩下 4 的倍数格,而涛涛每次移动后剩下的格数都不 是 4 的倍数,所以要移完 2004 格,最后肯定是由巍巍完成,所以巍巍获胜 2008200765432 附加题附加题 杯赛提高杯赛提高 7第 9级上 优秀 A 版教师版 第 14 讲 3.甲乙两人轮流在黑板上写小于甲乙两人轮流在黑板上写小于 9 的正整数的正整数,规定在黑板上写过的数规定在黑板上写过的数,它的任何它的任何因因数就不能再写数就不能再写 了了,最后不能写的人为失败者最后不能写的人为失败者.如果甲第一个写数如果甲第一个写数,那么谁有必胜策略那么谁有必胜策略?
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