牛吃草問題即牛頓問題,因由牛頓提出而得名。英國著名的物理學家牛頓曾編過這樣一道數(shù)學題:牧場上有一片青草,每天都生長得一樣快。這片青草供給10頭牛吃,可以吃22天,或者供給16頭牛吃,可以吃10天,如果供給25頭牛吃,可以吃幾天?典型的牛吃草問題的條件是假設草在不斷生長且生長速度固定不變,牛在不斷吃草且每頭牛每天吃的草量相同,供不同數(shù)量的牛吃,需要用不同的時間,給出牛的數(shù)量,求時間。由于牛在吃草的過程中,草是不斷生長的,所以解決此問題的重點是要想辦法從變化中找到不變量。牧場上原有的草是不變的,新長的草雖然在變化,但由于是勻速生長,所以每天新長出的草量應該是不變的。利用這些不變量,我們解決牛吃草問題時可將其轉化為相遇或追及模型來考慮。
一、牛吃草問題的基本題型
(一)追及—— 一個量使原有草量變大,一個量使原有草量變小
原有草量=(牛每天吃掉的草-每天生長的草) 天數(shù)
例:牧場上一片青草,每天牧草都勻速生長。這片牧草可供10頭牛吃20天,或者可供15頭牛吃10天。問:可供25頭牛吃幾天?按照公式,設每頭牛每天吃的草量為“1”,每天生長的草量為X,可供25頭牛吃T天,所以(10-X) 20=(15-X) 10=(25-X) T,先求出X=5,再求得T=5。
(二)相遇—— 兩個量都使原有草量變小
原有草量=(牛每天吃掉的草+其他原因每天減少的草量) 天數(shù)
例:由于天氣逐漸冷起來,牧場上的草不僅不長大,反而以固定的速度在減少。已知某塊草地上的草可供20頭牛吃5天,或可供15頭牛吃6天。照此計算,可供多少頭牛吃10天?
解析:牛在吃草,草在勻速減少,所以是牛吃草問題中的相遇問題,原有草量=(牛每天吃掉的草+每天減少的草) 天數(shù),設每頭牛每天吃的草量為“1”,每天減少的草量為X,可供Y頭牛吃10天,所以(20+X) 5=(15+X) 6=(Y+X) 10,先求出X=10,再求得Y=5。
二、牛吃草問題的升級版題型
牛吃草問題出了以上兩種基本模型,在此基礎上還有一些其他的變形。
(一)極值型牛吃草問題
題目與標準牛吃草中的追及問題相同,只是題目的問法進行了改變,問為了保持草永遠吃不完,那么最多能放多少頭牛吃。
例:牧場上一片青草,每天牧草都勻速生長。這片牧草可供10頭牛吃20天,或者可供15頭牛吃10天。問為了保持草永遠吃不完,那么最多能放多少頭牛?
解析:牛在吃草,草在勻速生長,所以是牛吃草問題中的追及問題,原有草量=(牛每天吃掉的草-每天生長的草) 天數(shù),設每頭牛每天吃的草量為“1”,每天生長的草量為X,(10-X) 20=(15-X) 10,求得X=5,即每天生長的草量為5,要保證永遠吃不完,那就要讓每天吃掉的草量等于每天生長的草量,所以最多能放5頭牛。
(二)多個草場牛吃草問題
多個草場的牛吃草問題,是不同的牛數(shù)在不同的草場上的幾種不同吃法,其中每頭牛每天吃草量和草每天的生長量,兩個量是不變的。我們可以通過最小公倍數(shù)法即通過尋找多個草場面積的“最小整數(shù)倍”,然后將所有面積都轉化為“最小公倍數(shù)”,同時對牛的頭數(shù)進行相應變化,然后進行解答。這樣就變成了在相同面積草場的牛吃草問題,那么就可以直接使用牛吃草問題公式進行解答了。
例:20頭牛,吃30公畝牧場的草15天可吃盡,15頭牛吃同樣牧場25公畝的草,30天可吃盡。請問幾頭牛吃同樣牧場50公畝的草,12天可吃盡?
解析:取30、25和50的公倍數(shù)300,所以原題等價于“300畝的牧場可供200頭牛吃15天,可供180頭牛吃30天,那么可供多少頭牛吃12天”,設每頭牛每天吃草量為1,草長的速度是x,300畝的草可供n頭牛吃12天,那么有(200-x)×15=(180-x)×30=(n-x)×12,解得x=160,n=210,210÷6=35,所以35頭牛吃同樣牧場50公畝的草,12天可吃盡。
考生只要掌握了以上解答技巧,再碰到任何牛吃草問題就不再是問題。
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