19×13×12 的木块:最多加工几个小圆柱
审题说明 每个小圆柱必须从木块上整块切出,不能拼接。本题按“每个圆柱占一块 4×4×5 的长方体”来算:先切成小长方体,再车成圆柱,这是这类题的标准理解。问题变成:19×13×12 的长方体里最多能放几个 4×4×5 的小长方体。圆柱的轴可以沿长、宽或高,不同部分可以朝不同方向。
两种方法:分步摆放对比
按长方体算:先算单一方向,再混放,最后证明上限
只朝一个方向:最多 27
“5”放在哪条棱上,那条棱就按 5 去分,另两条按 4 去分:
轴沿长:19÷5=3…4,13÷4=3…1,12÷4=3,共 3×3×3=27;
轴沿宽:19÷4=4…3,13÷5=2…3,12÷4=3,共 4×2×3=24;
轴沿高:19÷4=4…3,13÷4=3…1,12÷5=2…2,共 4×3×2=24。高按 4+4+4 分三层
12=4+4+4 正好不剩,所以让圆柱都“躺着”,木块切成 3 层,每层厚 4 厘米。每层就是在 19×13 的长方形里摆 4×5 的长方形,面积 247÷20=12…7,每层最多 12 个。
每层真能摆 12 个:方法一(风车排法)
直着切(一刀切到底)每层最多 11 个;要 12 个得像风车那样交错。以左下角为原点,长为横向、宽为纵向:
横放 8 个(5×4)左下角在 (4,0)、(9,0)、(14,0)、(14,4)、(0,5)、(0,9)、(5,9)、(10,9);
竖放 4 个(4×5)左下角在 (0,0)、(5,4)、(10,4)、(15,8)。只空出 7 个 1×1 小格(中间一条 1×5,和两个角上的 1×1)。三层都这样摆:12×3=36。(已用程序逐格核对:不重叠、不出界。)
按长方体算,为什么不能是 37:抽屉原理
按 4×4×5 小长方体算,每块在长、宽、高三个方向上都至少占 4 厘米,所以中心只能位于长 2~17、宽 2~11、高 2~10 的范围内。把这个中心范围沿长、宽、高分别均分成 4、3、3 段,每段都小于 4 厘米,共有 4×3×3=36 个格子。
如果放入 37 块,根据抽屉原理,必有两块的中心落在同一个格子里。它们的中心在三个方向上相距都小于 4 厘米,两块就必定重叠,不可能。所以按长方体算最多 36 个。
目前找到两种切出 36 个的方法
- 按长方体算(每个圆柱先切成 4×4×5 的小长方体,这是小学题的标准理解):用抽屉原理可以证明最多 36 个,答案是 36。方法一(风车排法)就是这种情况。
- 按真圆柱算(允许错开摆,让圆柱嵌进缝里):方法二也能切出 36 个。程序搜索没有找到 37 个的摆法,但目前还没有证明 36 一定是最多;能确定的只是不超过 47 个(按体积算)。
方法二
方法二:宽 0~5 的区域沿宽错位相切放 14 个;长 0~15、宽 5~13 的区域沿长放 18 个;余下长 15~19、宽 5~13 的区域沿高放 4 个,共 36 个。
易错点
- 直接用体积相除:按小长方体体积算,2964÷80≈37.05 只能给出上限 37,不能说明一定能放下;还要检查摆法。
- 只试一个方向:三个方向分别是 27、24、24,混放才能到 36。
- 只用“一刀切到底”的分法:这样最多 34 个;每层 12 个的方法一(风车排法)不能被一刀分成两块。
- 按圆柱体积算:小学题的标准理解是先切出 4×4×5 小长方体,再车成圆柱;不能把车掉的边角体积当成完整的小长方体继续使用。