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数学女孩 作者:结城浩 近现代)

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10.1 图书室

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P2 = 2  2 元的支付方法有 2 种

如果n为 5 的话,就可以找到以下 7 种情况。

“泰朵拉,即使是 15 元,组合数也会大得惊人的。”我说。

P8 = 22  8 元的支付方法有 22 种

——放学后的图书室,我们都闭上嘴,开始学习。

瑞谷老师登场了!啊,已经这么晚了啊。

“泰朵拉,你到那边的角落里去。你坐到那里窗边的位子。我就坐在这里。大家闭上嘴,安静思考一下。”米尔嘉命令道。

解答 10-1

P9 = 30

她把卡片在桌子上摊开,我和泰朵拉好奇地凑过头去。

“这只不过是计算支付方法而已,应该很简单啊。”高中一年级的学妹 泰朵拉高声说道。

P5 = 7  5 元的支付方法有 7 种

P9 = 30  9 元的支付方法有 30 种

n= 8 的时候。

和往常一样,我从比较小的具体数字开始思考。通过具体例子来感受是非常重要的。

“是这样吗?即使一个一个地数也可能会出错哦,我想还是用一般的方法解比较安全吧。先不管问题 10-1 中的P9,问题 10-2 中的P15 应该会 是个‘了不得的数字’。”我说。

“放学时间到了。”

n为 3 的时候,有 3 种支付硬币的方法,一种是“使用 1 枚 3 元硬币”,另一种是“使用 1 枚 1 元硬币和 1 枚 2 元硬币”,还有一种是“使用 3 枚 1 元硬币”。

P4 = 5  4 元的支付方法有 5 种

这样写成文字实在是太麻烦了,干脆就把“使用 1 枚 2 元硬币和 1 枚 1 元硬币”这种支付方法表示成 2 + 1 就好了。也就是说,可以像下面这样来考虑。

嗯。P3 可以叫作“支付 3 元的方法的个数”,也可以称为“将 3 分拆成几个正整数的方式的个数”。所以我们给Pn这类数取名为分拆数。

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嗯,这下就解出了村木老师的问题 10-1。9 元的支付方法共有 30 种,9 有 30 种分拆法。

“我拿来了哦。”米尔嘉来到图书室,手里好像拿着村木老师出的题目。

“会这样吗,学长?什么是‘了不得的数字’?只不过是 15 元的支付方法嘛。”泰朵拉说。

如果像这样扩大n的数值,就能够逐渐看出一些有规律的东西。如果数字不扩大的话,很难发现其规律性。以前,米尔嘉曾经说过“少数例子无法体现规律性”。但是如果数字很大的话,接下去举例就会逐渐变难。

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好,暂且继续进行下去。假设n为 6,那就可以展开成以下 11 种加法组合。

瑞谷老师是到了一定时间就会出现的图书管理员。她带着一副颜色很深的眼镜,深到我们甚至看不清她的视线正看往哪里,她像个机器人那样精密地移动,一直走到图书室中央,在那里宣布“放学时间到了”。

n为 1 的时候,也就是支付金额是 1 元的时候,只有“使用 1 元硬币”这一个方法。所以P1 = 1。

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P3 = 3  3 元的支付方法有 3 种

n为 2 的时候,有 2 种支付硬币的方法,一种是“使用 1 枚 2 元硬币”,另一种是“使用 2 枚 1 元硬币”。所以P2 = 2。

如果n为 4 的话,就可以分成以下 5 种情况。嗯,我有点发现其中的诀窍了。

从村木老师那里拿到的卡片

假设有面值为 1 元、2 元、3 元、4 元……的硬币。为了支付n元,请思考硬币的组合方式有几种。假设组合方式的个数为Pn(各种支付方法称为n的分拆方式,分拆方式的个数Pn称为n的分拆数)。

比如,支付 3 元的方法有三种,一种是“1 枚 3 元硬币”,另一种是“1 枚 2 元硬币和 1 枚 1 元硬币”,还有一种是“3 枚 1 元硬币”。所以P3 = 3。

问题 10-1

P9 是多少?

问题 10-2

P15 < 1000 是否成立?

那么P7 是不是 13 呢?

“学长……我不是那个经常忘记条件的泰朵拉了。关于硬币枚数的条件我知道啊。不过我觉得只要耐心数的话总能计算出来。”泰朵拉自信地说。

问题 10-2 该怎么做呢?要数出P15 是多少,那一定是个‘了不得的 数字’吧。我应该先求出Pn的通项公式再求具体数值吧。

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10.1.1 分拆数

硬币的面额为正整数 (1, 2, 3, 4, ... ),有点与众不同。使用这种硬币支付n元,求支付方法的个数——分拆数Pn

“是吗?”我说。

P1 = 1  1 元的支付方法有 1 种

P6 = 11  6 元的支付方法共有 11 种

“呯!”

这样一来,当n= 3 的时候,就可以表示成以下 3 种情况。

P7 是 15,真可惜,不是质数。

嗯,章节插图,是不是与质数有关呢。

尽管如此,但它至少是在逐渐变大。这样下去的话,考虑n= 8 和n= 9 不会出什么问题吧?会不会数错呢?算了,与其有闲工夫在这里担心,还不如耐心地数数看。

那就先到此为止吧——问题 10-1 的答案是P9 = 30,而问题 10-2 的答案还不知道。

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P0 = 1  0 元的支付方法有 1 种

我们一下子停止了对话。

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也就是说P3 = 3。

10.1.2 举例

n为 0 的时候,也就是支付金额为 0 元的时候,方法只有一个,那就是“不付钱”。可以说P0 = 1。

“嗯?P9 不就是要求出总金额为 9 元的支付方法的个数吗?按照‘使用 1 元硬币的时候’‘使用 2 元硬币的时候’……这样的顺序来考虑不是很好吗?”泰朵拉说。

“没有这么简单哦,泰朵拉。相同面值的硬币可以重复使用,所以即使是使用 1 元的时候,也必须要考虑‘到底要用几枚’。”我说。

一直沉默着没有开口说话的米尔嘉用手拍了下桌子。那声音响得让我们都怀疑是不是哪里爆炸了。

P7 = 15  7 元的支付方法有 15 种

和往常一样,在放学后。

听了她的命令,泰朵拉和我互相点点头,说:“知道了,我们马上搬。”

终于到了计算n= 9 的时候了。

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