定义 通过天平称量,利用“三分法”将物品分组,以最少的次数确定次品的方法。
从哪来 基于 1.3 列举策略 进行情况穷举,并结合 2.1 假设策略 对天平平衡与不平衡两种状态进行逻辑推演。
为什么 天平只有“左重”、“右重”、“平衡”三种结果,每次称量最多提供3种信息。若将物品分为2份(二分法),每次只能排除一半,效率低;若分为3份且尽量平均,每次能排除约2/3的物品,信息利用率最高,从而保证在最坏情况下次数最少。
实物演示法
使用9个外观相同的球(其中1个略重)。先让学生尝试“2个一组”称,记录次数;再尝试“3个一组”称,记录次数。对比发现:3个一组只需2次,2个一组可能需要3次。
适合:直观型、动手能力强、对抽象逻辑感到困难的学生。
树状图推演法
画出决策树。根节点是“9个物品”,第一层分支是“左盘3个、右盘3个、剩余3个”。若平衡,次品在剩余3个中;若不平衡,次品在重的那3个中。无论哪种情况,问题都缩小为“3个物品找1个次品”,只需再称1次。
适合:逻辑型、擅长结构化思维、喜欢流程图的学生。
信息熵简化法
告诉学生天平是“三选一”的机器。要把范围从N缩小到1,每次称量相当于除以3。9个物品,$3^2=9$,所以理论上最少需要2次。验证:第一次称3 vs 3,若平衡剩3个,第二次称1 vs 1,若平衡剩1个,若不平衡重的那个就是。
适合:抽象思维强、喜欢数学规律、对指数概念有初步认知的学生。