三、歸納法
當我們要解決一個問題的時候,可以先分析這個問題的幾種簡單的、特殊的情況,從中發現并歸納出一般規律或作出某種猜想,從而找到解決問題的途徑。這種從特殊到一般的思維方法稱為歸納法。
例10 將100以內的質數從小到大排成一個數字串,依次完成以下5項工作叫做一次操作:
(1)將左邊第一個數碼移到數字串的最右邊;
(2)從左到右兩位一節組成若干個兩位數;
(3)劃去這些兩位數中的合數;
(4)所剩的兩位質數中有相同者,保留左邊的一個,其余劃去;
(5)所余的兩位質數保持數碼次序又組成一個新的數字串。
問:經過1999次操作,所得的數字串是什么?
解:第1次操作得數字串711131131737;
第2次操作得數字串11133173;
第3次操作得數字串111731;
第4次操作得數字串1173;
第5次操作得數字串1731;
第6次操作得數字串7311;
第7次操作得數字串3117;
第8次操作得數字串1173。
不難看出,后面以4次為周期循環,1999=4×499+3,所以第1999次操作所得數字串與第7次相同,是3117。
例11 有100張的一摞卡片,玲玲拿著它們,從最上面的一張開始按如下的順序進行操作:把最上面的第一張卡片舍去,把下一張卡片放在這一摞卡片的最下面。再把原來的第三張卡片舍去,把下一張卡片放在最下面。反復這樣做,直到手中只剩下一張卡片,那么剩下的這張卡片是原來那一摞卡片的第幾張?
分析與解:可以從簡單的不失題目性質的問題入手,尋找規律。列表如下:
設這一摞卡片的張數為N,觀察上表可知:
(1)當N=2a(a=0,1,2,3,…)時,剩下的這張卡片是原來那一摞卡片的最后一張,即第2a張;
(2)當N=2a+m(m<2a)時,剩下的這張卡片是原來那一摞卡片的第2m張。
取N=100,因為100=26+36,2×36=72,所以剩下這張卡片是原來那一摞卡片的第72張。
說明:此題實質上是著名的約瑟夫斯問題:
傳說古代有一批人被蠻族俘虜了,敵人命令他們排成圓圈,編上號碼1,2,3,…然后把1號殺了,把3號殺了,總之每隔一個人殺一個人,最后剩下一個人,這個人就是約瑟夫斯。如果這批俘虜有111人,那么約瑟夫斯的號碼是多少?