Published on March 12, 2025

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我个人认为,这个题目并不简单 而对于这种数学题目,我们一般首先进行的一步就是打表

什么是打表呢?

就是用暴力的方式,将答案打印输出到本地 我们用直观的判断,快速找到某些明显规律 也就是我们经常说的猜对了 :( (╯‵□′)╯︵┻━┻

如果打表没有找到规律

这里就是我认为为什么难的原因了 如果想严格的证明,理所应当地找到公式,就需要根据性质进行总结推导,证明 这种方式非常依赖数学基础,需要进行大量的练习

题目具体思路

要推导出在一个 n×n 的矩阵中,由连接相邻两条边的中点所围成的封闭区域内的数字之和的公式,我们可以通过以下步骤进行分析:

  1. 构建矩阵:首先,构建一个 n×n 的矩阵,其中元素从 1 到 n²,按行顺序填充。例如,当 n=5 时,矩阵如下:

    1 2 3 4 5
    6 7 8 9 10
    11 12 13 14 15
    16 17 18 19 20
    21 22 23 24 25
  2. 确定封闭区域:连接相邻边的中点,形成一个菱形的封闭区域。对于 n=5 的情况,保留的数字如下:

        3    
      7 8 9  
    11 12 13 14 15
      17 18 19  
        23    
  3. 分析保留区域的结构:观察保留的菱形区域,我们发现:
    • 中心行(第 (n+1)/2 行)包含 n 个元素。
    • 中心行以上和以下的每一行,随着距离中心行的增加,保留的元素数量减少 2 个。
  4. 计算保留元素的数量:总的保留元素数量为:
    • 中心行有 n 个元素。
    • 中心行以上共有 (n-1)/2 行,每行比上一行少 2 个元素,形成等差数列。
    • 中心行以下的部分与以上对称。

    因此,保留元素的总数量为:

    n+2×(n12×n+12)=n+(n1)(n+1)2=n+n212=n2+12
  5. 计算保留元素的和:由于矩阵元素是从 1 到 n² 的连续自然数,且保留区域对称分布,我们可以推测保留元素的和与总和的比例关系。

    总和为:

    k=1n2k=n2(n2+1)2

    由于保留元素数量占总元素数量的比例为:

    n2+12n2=n2+12n2=12+12n2

    因此,保留元素的和为:

(12+12n2)×n2(n2+1)2=(n2+1)24 如果你困惑:为什么比例因子乘他就是答案呢?

其实这也是核心观察点 题目中说明n是奇数,从出题人角度,这个提示肯定有用 而巧的是 每个元素的平均值 n2+12 正好是个整数 这就意味着,如果你删除一个互补的数对:a+b=n2时,就不会影响其他元素的平均值,而我们发现删除的正好是对称的,这也就印证了我们的猜想

通过上述推导,我们得出了保留区域内元素之和的公式为:

Sum=(n2+1)24

到这里你也就看到了,想下次做对类似题目,你需要大量练习数学归纳法,以及对矩阵的理解,因此我认为还是比较难的

Tips: 我也正在练习这种,数学题我也很菜 (╯‵□′)╯︵┻━┻ :(