★ 线段 下图中的线段表示小棍,看小棍的摆法多有趣!
(1)一根小棍。可以横着摆,也可以竖着摆。
(2)两根小棍。可以都横着摆,也可以都竖着摆,还可以一横一竖摆。
(3)三根小棍。可以像下面这样摆。
规律分析 - 一根小棍有2种摆法,即2^1 = 2种。 - 两根小棍有4种摆法,即2^2 = 4种。 - 三根小棍有8种摆法,即2^3 = 8种。 由此可推测规律为:小棍的数量与摆法种数存在指数关系,摆法种数是2的小棍数量次方。 公式推导 设小棍的数量为n,摆法的种数为S,那么可以得到公式S = 2^n。 通过这个公式,我们可以根据小棍的数量n,快速计算出对应的摆法种数S。
可以用数学归纳法来证明公式S = 2^n的正确性,证明过程如下: 基础步骤 当n = 1时,一根小棍有2种摆法,而2^1 = 2,公式成立。 归纳假设 假设当n = k(k大于或等于1,k为整数)时,公式S = 2^k成立,即k根小棍有2^k种摆法。 归纳推理 当n = k + 1时,考虑新增加的这一根小棍。对于原来k根小棍的每一种摆法,新增加的这根小棍都有2种放置方式,要么与原来的小棍组合成新的摆法,要么单独作为一种新的摆法。所以k + 1根小棍的摆法种数是k根小棍摆法种数的2倍,即2*2^k = 2^{k + 1}种。 综上,由数学归纳法可知,对于任意正整数n,公式S = 2^n都成立。
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