回溯分析法,又稱溯源分析法,有廣義和狹義兩種理解。廣義的是根據事物發展過程所造成的結果,分析形成結果的一系列原因的整個思維過程;而狹義的則是指從事物的結果推斷其原因的一種分析方法。簡單地說,回溯分析法就是從事物的「果」推測其「因」。
其具體方法有下列幾種:
●必要條件的回溯分析法:它是以必要條件假言判斷為前提,從果到因進行推理的一種分析形式。它的一般結構式是:
只有B,才E1;
只有B,才E2;
只有B,才E3;
已知E1、E2、E3;
所以,可能B(其中B表示原因,E1、E2、E3分別表示結果1、結果2、結果3)。
●充分條件的回溯分析法:即以充分條件假言判斷為前提而從果到因進行推理的形式。它的一般結構式是:
如果B1,那麼E;
如果B2,那麼E;
如果B3,那麼E;
所以,可能B1、B2、B3(其中B1、B2、B3分別表示原因1、原因2、原因3;E表結果)。
●充要條件的回溯分析法:它是以充要條件假言判斷為前提,從果到因進行推理的形式。它的一般結構形式是:
B當且僅當E,
已知E,
所以B(其中B是原因,E是結果)。
總之,和充要條件回溯分析能得出必然可靠的結論不同,充分條件和必要條件回溯推理所得的結論是「或然性」的,也就是說,它不能保證其結論的必然正確。這是因為,首先運用這種分析方法者,其個人的經驗是相對的,對客觀事物的認識有一定的局限性,有時不能窮盡所有的原因與結果,往往會遺漏了特殊的意外情況,所以,得出的結論也不能保證正確無誤。其次,必要條件回溯分析法適用於「一因多果」。這「一因」實際是「合因」。這樣一來,原因與結果之間是否仍是「必要」條件就須重新考慮了,由此得出的結論是否必然可靠也是值得斟酌的。所以,在前面的兩個結構式中,其結論都加了「可能」兩字,表示其結論是「或然性」的。
下面,再來談談回溯分析法的應用吧。它除了用於破案以外,在科學研究領域,也同樣可以應用。
20世紀初,非洲流傳著一種可怕的昏睡病,許多當地的黑人患了這種病以後,常常因陷於無休止的睡眠而死去。有人用一種名叫「阿托品」的化學藥品進行治療,雖然使人患昏睡病的錐蟲被殺死了,但病癒後卻常常帶來雙目失明的痛苦。針對這種情況埃爾利希積極尋找其原因,同時他設想:能不能把「阿托品」的化學結構改變一下,使它既能殺死錐蟲而又不致損害視神經呢?埃爾利希經過無數次試驗,終於研製成了治療昏睡病的有效藥劑「606」——砷礬鈉明,為人類的文明史寫下光輝的一筆。
這種從眼前的結果,到尋找它產生的原因,以及克制它的對策的研究過程,在科學史上比比皆是,這也可以說是運用了一種由果到因的回溯分析法。當然在實際分析過程中,這種回溯分析法要複雜煩瑣得多,它還要結合運用其他思維方法、實驗方法才能成功。
數理法
數理分析是用數、理、化等原理對事物進行肯定或否定的分析的方法。數理化學科中的規律、性質、原理等很多,只要掌握了這些規律性的東西,那麼在遇到有關問題時,就可以排疑解難,走向成功。
有這樣一個數列:4、44、444、4444……這一數列前102項的和的百位數是幾?
這一數列,既不是等比數列,也不是等差數列,要求前102項的和,以常規方法逐項加減,確實令人心煩,而且極易出錯。怎麼辦呢?有沒有什麼簡易快捷的方法呢?
讓我們先看下例:
4+44=48
4+44+444=492
444×1+44+4=492
4+44+444+4444=4936
444×2+44+4=936
4+44+444+4444+44444=49380
444×3+44+4=1380
4+44+444+4444+44444+444444=493824
444×4+44+4=1824
由以上可知,在加法中,千位上的數對百位數沒有影響,因此,這一數列前102項的和的百位數是
(102-2)×444+44+4
=44400+48
=44448
由此可很快分析得出:這一數列前102項的和的百位數字是4。
在這一數列中,前102項的和機械相加確實不易。但仔細探索,利用在加法中千位數對和的百位數沒有影響這一規律,則可以很快判斷出其和的百位數是幾。
像這樣利用事物的性質等進行分析的方法就叫性質分析法。它在具體應用中有以下方法:
第一,利用事物的屬性進行分析。
例如,要分析數的整除性問題就有以下分析方法:
●分解圖式法
如,已知n是自然數,分析2n5+5n3+7n能否被15整除。
分解因式:3n5+5n3+7n
=3(n-2)(n-1)n(n+1)(n+2)+20(n-1)n
(n+1)+15n
根據連續整數積的性質,右端每一項都能被15整除,因此,該題很快得出準確的答案。
●利用費爾馬小定理或同余理論
如:已知n為自然數,判定n13-n能否被2730整除。
因為2730=2×3×5×7×13,
又n7-n,n5-n,n3-n,n2-n都是n13-n的因式。
據費爾馬小定理,當p為素數時,不論n是什麼整數,都有p/np-n,
所以13/n13-n
7/n7-n
5/n5-n
3/n3-n
2/n2-n
由此可知13、7、5、3、2、都能整除n13-n。
又因為13、7、5、3、2互質,
所以可以分析出n13-n能被2730整除。
●利用餘數定理分析
如:已知n為自然數,分析得出32n+2-2n+1能被7整除。
設f(x)=xn+1-2n+1。
因f=0,
由餘數定理知f(x)能被x-2整除,用綜合除法可知其式為一個整係數多項式。
所以,當x=9時,可知9n+1-2n+1能被9-2=7整除。也就是32+2-2n+1能被7整除。
也就由此分析得出32n+2-2n+1能被7整除。
●利用事物的性質進行分析
在數學中,不等式有以下性質:
對稱性:a>bb<a;
傳遞性:如果a>b,b>c,則a>c;
若a>b,c是任何實數或整式,則a±c>b±c;
若a>b,c>0,則ac>bc,a/c>b/c;
若a>b,b<0,則ac<bc,a/c<b/c;
若a>b,c>d,則a+c>b+d;
若a>b,c<d,則a-c>b-d;
若a>b>0,c>d>0,則ac>bd,
若a>b,c>d,a、c、d都是正數,則a/c>b/d;
若a>b>0,那麼1/a<1/b;
若a>b>0,n是大於1的整數,則an>bn。
如掌握了不等式的以上性質,在分析不等式的大小時就可以得心應手,準確快速。
第二,我們在運用數理分析法的同時還會用到一些原理來進行分析。
某車間有100名工人,其中只能幹電工工作的有5人,有77人能幹車工工作,86人能幹焊工工作,既能幹車工又能幹焊工的工人至少有多少個?
要準確判定有多少人可以既能幹車工又能幹焊工,就要用到包含(容)與排除(斥)的原理。
工人總數100人,只能幹電工工作的有5人,除去只能幹電工的5人,這個車間還有95人。
利用容斥原理,先相加既能幹電工工作又能幹焊工工作的這一公共部分,其總數為86+77=163(人),然後找出這一公共部分,即:
163-95=68(人)
即由此分析出既能幹焊工工作也能幹車工工作的人數為68人。
這一答案若硬性思考,其答案定似霧裡看花;但若掌握了容斥原理,則可以很快分析得到結果,這就得益於利用原理進行分析的方法。
那麼,什麼是原理分析法呢?原理分析法就是用與事物的數、形有關的既有原理、定理,對有關事、物進行準確分析。
在數學中,一般可用以下原理:
●奇偶數原理分析
例如,某年級的49名學生坐成7橫7縱的方陣,現在要做一項遊戲,當開始遊戲時,每個同學都與自己相鄰(前後左右)的某一個同學交換位置一次,請分析一下這個遊戲能否實現?
這一題若不用奇偶數的原理就難以準確得到分析結果。
49個學生分別坐在1∼49號的座號上,奇數的前後左右都是偶數,偶數的前後左右都是奇數,因為每個同學都要與他相鄰(前後左右)的同學換一次位置,必須是原來坐偶數號的學生和原來坐奇數號的學生互換,而在1∼49號中,奇數顯然比偶數多1個,由此可以判定,這個遊戲絕對不可能實現。
●同余原理分析
例如,要求判明16×941×1611被7除的餘數。
如果把16、941、1611這3個數相乘的積算出來後,再用7去除,這樣做就太浪費時間,根據同余原理中的可乘性,可以得到:
16÷7=2……2
941÷7=134……3
1611÷7=230……1
把各個乘數被7除的餘數相乘後,再用7除,看余幾:
2×3×1=6
也就可分析出16×941×1611其餘數為6。
●尾數原理分析
任何一個數平方的尾數只能是0、1、4、5、6、9這6個數之一,利用這一原理,可以簡易分析某些數的尾數。
如:試分析3130的尾數是幾?
3的n次方313233343536373839……
尾數上的數字397139713……
由此可以發現,他們的尾數是以4為週期變化循環的。
39、35、31的末尾數字相同:39=34×2+1、35=34×1+1、31=34×0+1;
38、312、34的末尾數字相同:38=34×2+0、312=34×3+0、34=34×1+0;
310、36、32的末尾數字相同:310=34×2+2、36=34×1+2、32=34×0+2。
這樣就有一個規律:
X4k+1與X的個位數字相同(k為正數);
X4k+2與X2的個位數字相同;
X4k+3與X3的個位數字相同;
X4k+4與X4的個位數字相同;
……
因為3130=34×32×32,
所以3130與32的末尾數字相同,也就是由此分析出3130的末尾數字是9。
●週期原理分析
數的週期性在數學中有較大的應用空間,這一規律可以給有些題的分析減少麻煩。
伸出你的手掌,從大拇指開始數數1、2、3、4、5,然後數無名指6、中指7、食指8、大拇指9、食指10、請問數1992應該數在哪一個指頭上。
請看,大拇指上的數除1外,剩餘的數都必定被8整除余1,而1992÷8=249,由此,可判斷出1992應該數在食指上。
數學中的其他原理尚多,這裡不贅述。
第三,在一些問題的分析過程中,適當地運用一些圖表加以分析,可能會更加直觀地反映一些情況,從而有利於我們對一些問題的思考和解決。
有這樣一個問題,甲、乙、丙3人是鄰居,乙的家在中間,他們各自的職業不清楚,只知道他們分別是醫生、工人和商場服務員。
一天工休,丙不在家,商場服務員牽著丙的哈巴狗散步去了,甲家那台收音機的聲音實在太響,工人受不了,就在那堵與甲相隔的牆上輕輕敲了幾下。
請你分析一下:他們各自的職業是什麼?
這個問題的難處,一是條件較多;二是這些條件與結果之間的關係不明顯,不能從某個條件直接得出某個結論;三是條件比較交錯,一個條件可能與另外的條件結合在一起才能得出某個準確的結論。
如果把這一問題放在頭腦中苦思冥想,很可能越想越亂,難以分析出誰是幹什麼的。如果我們用列表的方法,則可以使問題簡單化、明朗化,很快作出正確的分析。
可先列出一個表:(超級分析力訓練P161)
然後將已知條件逐一填入表中。
1.甲的收音機聲音大,工人受不了,這說明甲不是工人,這時可在甲與工人相對應的格上打「×」;
2.服務員牽著丙的狗散步去了,因此,丙不是服務員,可以在丙和服務員之間的對應格上打「×」;
3.丙不在家,不可能敲甲的門,這就可以從給出的條件中得出是工人敲的門,這就排除了丙是工人,可以在丙與工人的對應格上打「×」;
4.從表上看,丙既不是工人,也不是服務員,可以在丙與醫生的對應格上打「√」;
接下來,我們可以通過表格來分析,甲不是工人,是服務員,則乙是工人。
怎麼樣?學會了數理分析對你大有益處吧?尤其是數理運算。努力探討,好好運用吧,無窮的奧妙有待你去發掘呢!