马起盘格势——中国象棋里的数学
说起中国象棋,想必很多人都不陌生,其中“马”作为重要棋子,有着极其重要的作用.在中国象棋规则中,“马”走日,即一次可控八个点,可谓威风八面!并且“马”也属于可以抵达棋盘上任何一点的棋子,明确这两点,是今天这道题的背景.
题目
在中国象棋棋盘中,棋子“马”的位置如图所示,若将“马”跳20步(马跳“日”字),则最后一步“马”落在棋盘上的不同位置可能有( ).
A.40个 B.45个 C.50个 D.90个
解析:
中国象棋的棋盘总共有8×9个方格,格点总共90个,而棋子“马”从最初位置开始跳,20步内可以到达任何一处格点,但题目求第20步棋子“马”可能到达的格点,就涉及到每一步“马”应该如何跳,按中国象棋规则,“马”走日,为方便叙述,我们建立平面直角坐标系,如下图:
这个坐标系的原点并不是(0,0),而是(1,1),我们将每一个格点位置用两个数字来表示,例如左下角第一个格点表示为(1,1),而“马”所在的格点表示为(8,8),然后我们来研究“马”(M点)跳1步后可能到达的位置,如下图:
按照中国象棋规则,点M可抵达M1,M2,……,M8共8处,但受棋盘限制,有两个点无法抵达,只剩下6处,我们分别观察这6处点的坐标,发现它们相对点M(8,8),横纵坐标均发生了变化,分别为(7,10),(6,9),(6,7),(7,6),(9,6),(9,10),依次改写为(8-1,8+2),(8-2,8+1),(8-2,8-1),(8-1,8-2),(8+1,8-2),(8+1,8+2),发现跳1步之后,点M可能到达的位置坐标为(8±1,8±2)或(8±2,8±1);
对以上观察的信息进行解读,点M横纵坐标之和为16,跳1步之后,横纵坐标之和可能是13,15,17,19,结合前面的探究结论,我们不难得出,点M跳1步之后,横纵坐标分别变化了1或2,相加之后一定是奇数,因此改变了横纵坐标和的奇偶性,按这个规律继续下去,跳2步之后,横纵坐标之和一定是偶数,跳3步之后,横纵坐标之和一定是奇数,……
可推导出跳20步之后,横纵坐标之和一定是偶数.
然后我们在图中找一找,哪些格点的横纵坐标之和为偶数,如下图:
每条竖格线上有5个点满足要求,则9条竖格线上共有45个点满足横纵坐标之和为偶数,即“马”跳20步之后,最后一步落在棋盘上的位置可能有45个,答案选B.
解题思考
本题难点在于如何描述中国象棋中“马”走日的情景,用数学的眼光来看待每跳1步之后位置的变化,显然在初中数学范围内,建立平面直角坐标系是最有效的描述位置变化的方式,但这并不是普通的平面直角坐标系,而是将原点定为(1,1)的特殊平面直角坐标系,因为0这个数字既不是奇数也不是偶数,对我们讨论横纵坐标之和的奇偶性会带来困扰.
要突破这个难点,首先需要了解中国象棋中“马”的移动规则,即“马”走日,先从跳1步开始研究,发现其横纵坐标之和的奇偶性变化是有规律的,然后用数学语言描述这个规律,最后得到我们需要的结论.
2022版新课标中的“三会”,需要我们将其渗透到每一节数学课上,具体到每一个教学环节、每一个课堂活动、每一道例题习题中,并非堂而皇之将它抄到教案上,便是对课标的理解,恰恰相反,真正优秀的数学课,这三句话只存在于心中,当在课堂上呈现出相应的教学过程之后,学生会感知,听课老师会明白,真的不要将它变成备课的形式主义.
基于中国象棋的数学问题还有很多,棋盘上的数学远不止本题所讨论的内容,它可以是网格作图,也可以是平面直角坐标系中的坐标变化,这都需要数学老师先用数学眼光去发现,再带动学生学习用数学眼光去看待这些生活中的情景.