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请照亮跑道、角力与投掷项目,
这些全力以赴的崇高竞赛,
颁赠优胜者长青树编成的花冠,
塑造出钢铁般的躯干。
有如一白色斑斓的岩石造成这巨大的神殿,
世界各地都赶来这神殿,
膜拜你,啊!
永不朽古代之神。
这,就是举世瞩目的国际奥林匹克运动会会歌。
在四年一届的奥运会开幕、闭幕式中,在升、降奥运会会旗的一刻,你都能听到这支优美庄严、激越飞扬的歌曲!
在世界体育史上,奥林匹克运动起源于古希腊的波罗奔尼撒半岛西北部(如今雅典西南360Km处)的一座神庙——奥林匹亚,它是关于体能的竞赛。
数学奥林匹克与体育奥林匹克相类似,指的就是数学竞赛活动。
数学竞赛是一项传统的智能竞赛项目,智能和体能都是创造人类文明的必要条件,所以前苏联人首创了“数学奥林匹克”这个名词。
数学是锻炼思维的体操,而其核心则是问题.解数学难题的竞赛和体育奥林匹克一样,有着悠久的历史。
古希腊时就有解几何难题的比赛,在我国战国时期则有齐威王与大将田忌赛马的对策故事。
在16世纪初期的意大利,不少数学家喜欢提出问题,向其他数学家挑战,以比高低,其中解三次方程比赛的有声有色的叙述,使人记忆犹新.
大约在1515年,波罗尼亚大学数学教授费罗(ScipiouedalFerro)用代数方法解出了形如
类型的三次方程,并把方法秘密传给了他的的得意门生菲奥(A.M.Fior)。
意大利数学家丰坦那(NiccoloFontana),出身贫寒,自学成才,由于童年受伤影响了说话能力,人称“塔塔利亚”(Tartaglia意为口吃者),后以教书为生,他大约在1535年宣布:
他发现了三次方程的代数解法。
菲奥认为此声明纯系欺骗,向塔塔利亚提出挑战,要求举行一次解三次方程的公开比赛.
1935年2月22日,米兰大教堂里挤满了人,他们不是来做祈祷的,而是来看热闹的,因为塔塔里亚与菲奥的竞赛在此举行。
双方各给对方出30道题,为迎接这场挑战,塔塔利亚作了充分准备,他冥思苦想,终于在比赛前十天掌握了三次方程的解法,因而大获全胜。
从此,塔塔利亚在米兰名声大振。
有“天才怪人”之称的既教数学又行医的数学家卡丹(Cardano)闻知此事后,屡次拜访塔塔里亚,目的是想从他那儿得到求解三次方程的公式——卡丹的虔诚与承诺(发誓保守秘密)使塔塔利亚放松了警惕,终于将公式给了卡丹。
1545年,卡丹的《大法》(Arsmagna)一书在德国纽伦堡出版,书中刊载了塔塔里亚的三次方程求根公式。
卡丹食言,塔塔里亚蒙受欺骗。
此后,人们将塔塔里亚发明的公式称作卡丹公式.下面是一元三次方程卡丹公式
方程
的三个根分别为
其中,
一般地,一元三次方程
均可通过变换转化为
的形式.意大利数学家发现的三次方程的代数解法被认为是16世纪最壮观的数学成就之一.
顺便指出,一元四次方程的求根公式是由卡丹的学生斐拉里给出的.应强调的是,一般一元五次方程及五次以上的方程没有求根公式,这一点已由阿贝尔和伽罗华证得.
公开的解题竞赛无疑会引起数学家的注意和激发更多人的兴趣,随着学校教育的发展,教育工作者开始考虑在中学生中间举办解数学难题的竞赛,以激发中学生的数学才能和引起对数学的兴趣.
世界上真正意义上的数学竞赛源于匈牙利.1894年,匈牙利数学界为了纪念著名数学家、匈牙利数学会主席埃特沃斯(L.Eü
tvos)荣任匈牙利教育部长而组织了第一届中学生数学竞赛,这是真正意义上的数学竞赛的开端.本来是叫做Eü
tvōs竞赛,后来命名为Jó
szefKó
rschak竞赛。
这一活动除两次世界大战和1956年匈牙利事件中断七年外,每年十月举行一次,每次竞赛出三道题,限四小时做完,允许使用任何参考书.这些试题难度适中,别具风格,虽然用中学生学过的初等数学知识就可以解答,但是又涉及许多高等数学的课题.中学生通过做这些试题,不但可以检查自己对初等数学掌握的程度,提高灵活运用这些知识以及逻辑思维的能力,还可以接触到一些高等数学的概念和方法,对于以后学习高等数学有很大帮助.
匈牙利数学竞赛试题的上述特点,使得它的命题方向对世界各国数学竞赛,乃至国际数学奥林匹克(InternationalMathematicsOlympiad,简称IMO)的命题都产生了重大的影响.例如,1974年匈牙利数学竞赛中有一个题目:
【题1.1】在任意6个人中,总有3个人相互认识或相互不认识。
此题是组合数学中Ramsey问题的最简单情形,以后几十年中这个题目被许多国家反复改造、变形、推广后用作竞赛试题。
匈牙利数学竞赛已有一百多年的历史,数学奥林匹克为匈牙利造就了一大批世界著名学者.美国航天之父冯·
卡门(1898年匈牙利数学竞赛优胜者)在《航空航天时代的科学奇才》一书中指出:
“根据我所知,目前在国外的匈牙利著名科学家当中,有一半以上都是数学竞赛的优胜者,在美国的匈牙利科学家,如爱德华、泰勒、列夫·
西拉得、G·
波利亚、冯·
诺伊曼等几乎都是数学竞赛的优胜者.我衷心希望美国和其他国家都能倡导这种数学竞赛.”
时值世界各国数学竞赛和IMO蓬勃发展的今天,我们深刻地认识到匈牙利数学竞赛在国际数学竞赛史册中占有引人注目的一页。
1894—1974的试题与解答见《匈牙利奥林匹克数学竞赛题解》(匈牙利N·
库尔沙克等著,胡湘陵译.北京:
科学普及出版社,1979)。
英文版的匈牙利数学竞赛试题与解答有:
(1)Kurschak,J.,HungarianProblemBook,VolumesI,NewMathematicalLibrary,Vols.11,MathematicalAssociationofAmerica,1967.
(2)Kurschak,J.,HungarianProblemBook,VolumesII,NewMathematicalLibrary,Vols.12,MathematicalAssociationofAmerica,1967.
(3)AndyLiu,HungarianProblemBook,Volumes42,MathematicalAssociationofAmerica,2001.
下面是1894年匈牙利数学竞赛试题。
1.证明:
若
为整数,则表达式
或同时能被17整除或同时不能被17整除.
2.给定一圆和圆内点
求作圆内接直角三角形,使它的一直角边过点
,另一直角边过点
.点
在什么位置时,本题无解?
3.三角形的三边构成公差为
的等差数列,又其面积为
.求三角形的三边长和三内角大小,并对
的特殊情形求解.
自1894年匈牙利举办数学竞赛之后,罗马尼亚紧步匈牙利的后尘,于1902年开始举办全国性的数学竞赛,在以后的30年中没有其他国家举办过类似的活动.前苏联自1934年列宁格勒(今圣彼德堡)举办数学竞赛开始.美国于1938年举办了大学低年级学生参加的普特南数学竞赛(PutnamMC),吸引了美国、加拿大各大学成千上万的大学生参加.到40年代以后,其他一些国家如保加利亚(1949年)、波兰(1949年)、捷克斯洛伐克(1951年)、中国(1956年)也举行了数学竞赛.
前苏联自1934年列宁格勒(今圣彼德堡)举办数学竞赛开始,1935年莫斯科、第比利斯、基辅等也举办了数学竞赛.并把数学竞赛与体育竞赛相提并论,而且与数学科学的发源地——古希腊联系在一起,称数学竞赛为数学奥林匹克,它形象地揭示了数学竞赛是选手间智力的角逐.由于有许多著名数学家,如狄隆涅、柯尔莫哥洛夫、亚历山大洛夫等参与命题工作,所以前苏联的竞赛题质量很高,很多问题具有深刻的数学背景而又以通俗有趣、生动活泼的形式表现出来.
1946年我国著名数学家华罗庚教授访问前苏联莫斯科期间,狄龙涅与华罗庚提到了莫斯科数学竞赛会的事,当时已举办39次,题目很难.“1945年的一道题将好些教授都给难倒了”(狄龙涅语)。
下面的前苏联一次数学竞赛活动纪实是3月21日所记日记的片段(原文见华罗庚著.煦峰,文菂编《华罗庚:
下棋找高手》(中科院院士笔谈录)解放出版社:
10-11.)
二月二十七日讲演
(一)讲员教育科学研究院通讯研究员
马尔库塞维奇教授(A.I.Markushevich)
讲题级数
听讲者第七第八级学生
(二)讲员斯大林奖金获得者刘斯透尔尼克教授
讲题多角形及多面体
听讲者第九第十级学生
三月二十四日讲演
(一)讲员斯大林奖金获得者(科学院研究员)
柯尔莫哥洛夫(A.N.Kolmogoroff)
讲题对称性
(二)讲员斯大林奖金获得者(科学院通讯研究员)
亚历山大罗夫(P.S.Alexandroff)
讲题复虚数
三月三十一日讲演
(一)讲员雅诺夫斯基教授(Prof.S.A.Yanovsky)
讲题算数与代数
(二)讲员杜勃诺夫教授(Prof.Y.S.Dubnoff)
讲题长度面积体积
四月七日第一次竞赛
四月十四日第一次竞赛的结果与问题解答
四月二十一日第二次竞赛
四月二十八日竞赛会给奖式及莫斯科大学力学数学系教授和优秀学生招待会
美国是个数学强国,不乏关心数学竞赛和数学教育的数学家.无论是普及的程度还是提高的程度,它的数学竞赛水平均属上乘.在历届国际数学奥林匹克(InternationalMathematicalOlympiad,简称IMO)中美国成绩辉煌,最为辉煌的是1994年在香港举办的第35届IMO,美国队夺得团体冠军,6名队员全部以满分夺取金牌,创下了IMO的纪录.第42届IMO于2001年7月在美国华盛顿举行.
1950年美国数学会举办首届高中数学竞赛,美国的中学数学竞赛有:
美国高中数学竞赛(AHSME)、美国数学奥林匹克(USAMO)、美国数学邀请赛(AIME)及美国初中数学竞赛(AJHSME).美国数学竞赛是一个多层次的、呈宝塔型的比较完整的体系.
高中数学竞赛(2月)
数学邀请赛(3月)
数学奥林匹克(5月)
国家集训队
参加IMO(7月).
在1938年,美国就开始举行大学低年级的数学竞赛——普特南(WilliamLowellPutnam)数学竞赛,远远先于其他国家.这一竞赛的首创者是曾任哈佛大学校长的W.L.Putuam,早在1921年,他就撰文论述仿照奥林匹克运动会举办大学生学习竞赛的优点,并在二十年代末,举行过几次校际竞赛作为实验.他逝世后留下一笔基金,两个儿子就与全家的挚友、著名美国数学家G.D.伯克霍夫商量,举办了普特南数学竞赛.伯克霍夫强调说,再没有一个学科能比数学更易于通过考试来测定能力了.首届普特南数学竞赛由美国数学会具体组织,考试分为A、B两试(上、下午分别举行),每试6~7题,各用3个小时.为了保证竞赛的质量,试题由三位著名数学家组成的命题委员会拟定,三位委员是:
波利亚(G.Polya),拉多(TiberRaod),卡普兰斯基(Kaplansky).该竞赛的试题形式活泼,背景深刻,极富创造性,因而受到国际数学界的瞩目.值得注意的是这些试题虽然是提供给大学生的,但有相当一部分属于初等数学问题,完全不用高等数学知识,有一定思维能力和解题技巧的中学生都有可能解决.
美国普特南(Putnam)大学数学竞赛的优胜者,大多数成为杰出的数学家、物理学家和工程师.例如:
RichardFeynman获得1965年诺贝尔物理奖;
KennethWilson获得1982年诺贝尔物理奖;
JohnMilnor获得1962年菲尔兹奖;
DavidMumford获得1974年菲尔兹奖;
DannidQuillen获得1978年菲尔兹奖.
在上述背景下,1956年罗马尼亚的罗曼(T.Roman)教授向东欧七国建议举办国际数学竞赛,并于1959年7月,在罗马尼亚的古都布拉索夫(Brasov)举行了第一届国际数学奥林匹克(IMO),参加的七个国家都是东欧国家.在以后的几年中,参赛的国家未增多,在1963年和1964年,南斯拉夫和蒙古先后开始加盟,1965年波兰参加,1967年法国、英国、意大利和瑞典等西方国家也参加了.从此,参赛的国家逐渐增多,1974年美国姗姗来迟,共有18个队,1977年共有21个队,1981年共有27队,1984年有34个队,1986年中国正式派队参加,1990年在北京举行的第31届IMO有54个队,而2001年在美国举办的第42届IMO已有82个队、457名选手参加,基本包括了世界上中学数学教育水准较高的国家.
IMO的目的是:
激发青年人的数学才能;
引起青年对数学的兴趣;
发现科技人才的后备军;
促进各国数学教育的交流与发展。
IMO每年举办一届,时间定于7月.由参赛国轮流主办,经费由东道国提供。
参赛选手为中学生,每支代表队有学生6人,另派2名数学家为领队。
每年由各参赛国领队组成主试委员会(JuryMetting),由东道国任主试委员会主席,各项工作都贯穿着协商、信任的精神.IMO的命题工作是由参赛国提出候选题,每个参赛国可提出三至五题(东道国不提供试题),由东道国汇总后遴选出至少20个题目,其中包括两份试卷(每份6题)及8个备用题,最后由主试委员会敲定6道赛题(竞赛题除第2届及第4届为7个题目之外,每届都是6个题目).试题确定之后,写成英、法、德、俄文等工作语言,由领队译成本国文字.竞赛分两个上午进行,每次3个题目,用4.5小时答完.自第24届(1983年)以来记分方法采用每题7分、每人42分的计分方法.答卷由本国领队、副领队评判,然后与组织者指定的协调员协商,如有分歧,再请主试委员会仲裁.奥林匹克一样,IMO的表彰仪式上也并不排出国家的名次顺序,但是各国和好事的记者,总是喜欢按总分排出各国的名次顺序来.
第48届IMO于2007年7月19日─31日在越南首都河内举行,来自95个国家与地区的520名选手参加了本届IMO.经过两天的角逐,共产生金牌39枚,银牌83枚,铜牌131枚.中国代表队表现依旧突出,中国队6名队员中4名选手获得金牌,2名选手获得银牌,团体总分第二名,与第一名俄罗斯队仅相差3分。
本届IMO金牌分数线29分,银牌分数线21分,铜牌分数线14分.本届IMO受到越南政府的高度重视,越南总理阮芯勇(NGUYENTANDUNG)参加盛大开幕式并发表了热情洋溢的欢迎词,越南国家主席阮明浙(NGUYENMINHTRIET)参加了闭幕式并给金牌选手颁奖。
下面第48届IMO试题。
第一天(2007年7月25日)越南河内
问题1.给定实数
.对每个
定义:
且令
(a) 对于任意实数
有
(*)
(b) 证明:
存在实数
使得(*)中的等号成立.
问题2.设A,B,C,D,E五点中,ABCD是一个平行四边形,BCDE是一个圆内接四边形.设
是通过A的一条直线,
与线段DC交于点F(F是线段DC的内点),且与直线BC交于点G.若EF=EG=EC,求证:
是∠DAB的角平分线.
问题3.在一次数学竞赛活动中,有一些参赛选手是朋友.朋友关系是相互的.如果一群参赛选手中的任何两人都是朋友,我们就称这群选手为一个“团”(特别地,人数少于2的一群也是一个团).
已知在这次竞赛中,最大的团(人数最多的团)的人数是个偶数,证明:
我们总能把参赛选手分配到两个教室,使得一个教室中的最大团的人数等于另一个教室中的最大团的人数.
第二天(2007年7月26日)越南河内
问题4.在△ABC中,∠BCA的角平分线与△ABC的外接圆交于点R,与边BC的垂直平分线交于点P,与边AC的垂直平分线交于点Q.设K与L分别是边BC和AC的中点.
证明:
△RPK和△RQL的面积相等.
问题5.设a与b为正整数,已知
整除
证明:
.
问题6.设n是一个正整数.考虑
这样一个三维空间中具有
个点的集合,问:
最少要多少个平面,它们的并集才能包含S,但不含(0,0,0).
我国是一个有着悠久数学传统的国家,历史上我国先人曾在数学研究上作出过巨大的贡献(诸如《九章算术》的成书,祖冲之的圆周率计算、孙子的著名定理、求一次剩余问题的大衍求一术、《数书九章》的形成……),中华民族是擅长数学的民族.
我国的数学竞赛始于1956年,1956年在著名数学家华罗庚教授的倡导下,首次在北京、天津、上海、武汉等四大城市举办了高中数学竞赛.由于“左”的冲击,至1965年,只零零星星地举行过6届.比赛前后,华罗庚等著名数学家直接给中学生作报告(当时称为“数学通俗讲演会”),在这些报告的基础上,出版了一批优秀的课外读物———数学小丛书,共计13册,如
《从杨辉三角谈起》,华罗庚著
《从祖冲之的圆周率谈起》,华罗庚著
《从孙子的“神奇妙算”谈起》,华罗庚著
《对称》,段学复著
《平均》,史济怀著
《格点和面积》,闵嗣鹤著
《一笔画及邮递线路问题》,姜伯驹著
《等周问题》,蔡宗熹著
《复数与几何》,常庚哲、伍润生著.
数学家、教育家与优秀的大、中学校教师一起切磋交流,拟定了质量很高的试题.下面是1964年北京市中学生数学竞赛试题。
赛后数学家们又为同学们进行了居高临下、深入浅出的试题分析与讲解.这段时间,我国数学竞赛活动的势头很好,对我国的中等教育与人才培养起了很好的作用,引起各界的关注.竞赛的方式、试题的难度、选手的水平等都与IMO相同或相近,我们完全可以走向世界,参加国际的角逐.但是,1966年开始的“史无前例”的文化大革命,使数学竞赛在中国完全绝迹.
1978年是科学的春天,我国的数学竞赛活动又重新开始,华罗庚教授亲自主持了规模空前的全国八省市数学竞赛,与此同时,许多省、市都恢复了数学竞赛.1979年从八省市的竞赛发展为除台湾以外的全国29个省、市、自治区的竞赛.由华罗庚教授任竞赛委员会主任,并主持命题工作.竞赛分初赛和决赛两试进行.1980年全国竞赛暂停一年.
1980年,在大连召开了第一届全国数学普及工作会议,代表们着重研究了数学竞赛工作,把全国数学竞赛作为中国数学会及各省、市、自治区数学会的一项经常性工作,并正式定名为“全国各省、市、自治区高中联合数学竞赛”。
确定每年10月在中国数学会的支持下,由一个省作为东道主举办联赛。
1981年首届联赛由北京主办,以后依次由各省市承办。
每年试题的产生,采用了与IMO类似的方式:
先由各省、市、自治区提供一批候选题,寄给东道主,然后由东道主数学会组织命题组进行初选,对提供的试题从内容、难度、方法与技巧等各方面进行分类研究,提出试卷的粗坯,最后召集命题会议确定试题。
参加命题会议的有中国数学会普及工作委员会的负责同志,上一届和下一届东道主数学会的负责同志和本届命题组成员,还邀请一些数学竞赛的专家。
全国高中数学联赛的命题贯彻在普及基础上提高的原则,要有利于促进中学数学教学改革、提高教学质量,有利于提高学生学习数学的兴趣,有利于发现人才、培养人才,有利于参加IMO队员的选拔工作.试题的命题范围以高中数学竞赛大纲为准,在方法的要求上稍有提高.
1985年,全国初中数学联合竞赛开始举行(时间是每年四月份第一个星期天),竞赛的组织方式与全国高中数学联赛类似。
2.4全国华罗庚金杯少年数学邀请赛
“华罗庚金杯”少年数学邀请赛(简称“华杯赛”)是为了纪念和学习我国杰出的数学家华罗庚教授,于1986年始创的全国性大型少年数学竞赛活动,由中国少年报社(现为中国少年儿童新闻出版总社)、中国优选法统筹法与经济数学研究会、中央电视台青少中心等单位联合发起并主办的。
“华杯赛”是以教育广大青少年从小学习和弘扬华罗庚教授的爱国主义思想、刻苦学习的品质、热爱科学的精神;
激发广大中小学生学习数学的兴趣、开发智力、普及数学科学为宗旨的活动。
日本、韩国、马来西亚、新加坡等国家和香港、澳门、台湾地区也派队参加。
“华杯赛”一贯坚持“普及性、趣味性、新颖性”相结合的命题原则。
“华杯赛”赛制为每年一届,设初赛、决赛和总决赛。
每两年举办一次总决赛。
举办总决赛当年的初赛是采取由中央电视台播放试题、全国各地少年儿童都可以坐在电视机前收看并同时答题形式。
总决赛口试暨颁奖典礼是由中央电视台将现场制成专题片在中央电视台少儿频道节目黄金时间多次向全国播放。
下面是2007第十二届全国华罗庚金杯少年数学邀请赛试题。
1985年,我国派出两名选手参加第26届IMO以了解情况,投石问路,结果只获得一枚铜牌,与各国选手相比成绩处于中下,为了改变这一落后状况,提高我国在IMO中的成绩,加速培养数学人才,中国数学会决定:
自1986年起,每年一月份由中国数学会和南开大学、北京大学、复旦大学、中国科技大学中的一所大学联合举办一次全国中学生数学冬令营.冬令营邀请各省、市自治区头一年全国高中联赛的优胜者(每省、市、自治区至少一名)参加.冬令营通常安排五天,第一天是开幕式,第二、三两天上午考试,第四天听学术报告、交流学习数学的体会或旅游,第五天宣布考试结果并发奖.自1991年起,冬令营定名为“中国数学奥林匹克”(简称CMO).
CMO的考试方法类似于IMO,两天共考6题,每天3题,要求在4.5小时内完成,试题的难度接近于IMO,从中选拔出20余名队员组成国家集训队,然后经过集训,最后选出6名选手参加当年7月举行的IMO.
从1986年到2007年这23年中,我国IMO代表队共参加22次,128人参赛,共取得96枚金牌、25枚银牌、5枚铜牌,取得13次团体总分第一。
我国IMO代表队已登上国际数学奥林匹克的顶峰,它充分显示了我国中学生数学教育的优秀成绩和华夏子孙卓越的数学才智.正如1989年第30届IMO组委会主席恩格尔教授所说:
“中国人希望在2000年实现现代化,他们的学生今年就实现了这个目标,取得了IMO的世界第一”.IMO常务委员会主席、前苏联数学家雅克夫列夫教授称赞道:
“中国古代数学的卓越成就,和如今在IMO中的辉煌成果,都给人留下了深刻的印象.”
2.5女子数学奥林匹克
在国外众多数学奥林匹克中,参赛中一向男多女少。
传统上不少人认为在数学上男生一般比女生强。
尽管这种说法缺乏实际研究数据的支持,但数学奥林匹克参赛者男女失衡的事实促使了“女子奥林匹克”(CGMO)的诞生。
2002年8月中国数学奥林匹克委员会在珠海举办了首届女子数学奥林匹克,参加对象是在读高中女生,此项活动的宗旨是为女同学展示数学才华与才能搭设舞台,增加女同学学习数学的兴趣,提高女同学
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