MathTrail

أساليب حل مسائل رياضيات الأولمبياد

لا تأتي مسألة الأولمبياد ومعها طريقة حل جاهزة. وبدلًا من ذلك هناك أساليب تنفع في كثير من المسائل في آن واحد. وإليكم 11 أسلوبًا هي الأكثر تكرارًا، ولكل منها مسألة ورسم وحل.

جرّبوا حل المسألة مع طفلكم قبل فتح الحل. فالأهم هو ملاحظة الأسلوب الذي نجح، لتمييزه في المرة القادمة.

من أين نبدأ حل أي مسألة

قبل اختيار أسلوب، يفيد المرور بأربع خطوات. وقد عرضها عالم الرياضيات جورج بوليا في كتابه «البحث عن الحل» (1945).

  1. فهم المسألة

    لنُعِد صياغة المسألة بكلماتنا. ما المعطيات؟ وما المطلوب؟

  2. ابتكار خطة

    بماذا تذكّرنا المسألة؟ وأي أسلوب من هذه الصفحة يمكن أن نجرّبه؟

  3. تنفيذ الخطة

    خطوة بخطوة، مع كتابة ما تعطيه كل خطوة.

  4. مراجعة الحل

    لنعوّض بالإجابة في المسألة. هل يتفق كل شيء؟ وهل يمكن أن توجد إجابة أخرى؟

رؤية المسألة

أولًا يجب فهم المسألة. وهذه الأساليب تحوّل الكلمات إلى رسم أو جدول أو مثال صغير.

01

رسم صورة

الرسم أو المخطط يحوّل الكلمات إلى شيء يمكن النظر إليه. وتكفي الخطوط والنقاط والأسهم؛ فلا داعي لأن يكون جميلًا.

متى يفيد: «أكثر بكذا»، الأعمار، الرحلات، أجزاء الكل.

مسألة · الصفوف 1–2

أخ يكبر أخته بمقدار 4 سنوات. ومجموع عمريهما 16 سنة. كم عمر الأخ؟

عرض الحلإخفاء الحل
  1. نرسم عمر الأخت شريطًا، وعمر الأخ الشريط نفسه وزيادة 4 سنوات.

  2. نطرح الزيادة، 4 سنوات: 16 − 4 = 12. فيبقى شريطان متساويان.

  3. الشريط الواحد 12 ÷ 2 = 6 سنوات: وهذا عمر الأخت. وعمر الأخ 6 + 4 = 10.

يظهر المخطط ما يصعب الاحتفاظ به في الذهن: من دون السنوات الأربع الزائدة، يتساوى عمرا الأخ والأخت.

الإجابة عمر الأخ 10 سنوات.

في المواضيع:التقويم والأعمار

02

إنشاء جدول

حين تكثر المعلومات، يصعب الاحتفاظ بها في الذهن. والجدول يحفظها بدلًا منكم: كل معلومة علامة ✕، وحيث تبقى في سطر خانة واحدة فارغة، فتلك هي الإجابة.

متى يفيد: عدة أشخاص، وعدة أشياء، ومعلومات فيها كلمة «لا».

مسألة · الصفوف 1–2

لدى أسماء وبلال وريم قطة وكلب وببغاء، لكل منهم حيوان واحد. أسماء لا تربي القطة. وبلال يخاف من الكلاب. والقطة لا تعيش مع بلال. لمن كل حيوان؟

عرض الحلإخفاء الحل
  1. نضع علامة ✕ لكل معلومة: لا قطة لأسماء، ولا كلب لبلال، ولا قطة عند بلال.

  2. لم يبق لبلال إلا خانة واحدة: الببغاء. إذن ليس الببغاء لأسماء ولا لريم.

  3. فيبقى الكلب لأسماء، والقطة لريم.

العدد الصغير في الخانة هو رقم خطوة الحل التي وُضعت فيها العلامة.

الإجابة لأسماء الكلب، ولبلال الببغاء، ولريم القطة.

في المواضيع:الترتيب

03

البدء بأعداد صغيرة

حالة خاصة

حين تكون الأعداد كبيرة ولا يتضح من أين البداية، حلّوا المسألة نفسها بأعداد صغيرة. لاحظوا القاعدة، ثم طبّقوها على الأعداد الكبيرة.

متى يفيد: أعداد كبيرة، «مئة»، «ألف»، سلاسل طويلة.

مسألة · الصفوف 3–4

تُنصب أعمدة على طول طريق طوله 100 متر، عمود كل 5 أمتار، وعند طرفيه أيضًا. كم عمودًا يلزم؟

عرض الحلإخفاء الحل
  1. لا يمكن رسم مئة متر، فلنأخذ طريقًا طوله 10 أمتار. الأعمدة عند 0 و5 و10 أمتار: 3 أعمدة، والفواصل بينها 2.

  2. ومع 15 و20 مترًا الأمر نفسه: عدد الأعمدة دائمًا يزيد على عدد الفواصل بواحد.

  3. وفي 100 متر يوجد 100 ÷ 5 = 20 فاصلًا، إذن هناك 21 عمودًا.

تظهر القاعدة بالفعل على طريق قصير؛ وبعدها يكفي تطبيقها على مئة متر.

الإجابة 21 عمودًا.

في المواضيع:الفواصل والحدود

إيجاد الإجابة

حين يتضح ما يجري، تقود هذه الأساليب إلى الإجابة دون أن يضيع شيء في الطريق.

04

إنشاء قائمة منظمة

الحصر العشوائي لا بد أن يغفل شيئًا أو يعدّه مرتين. أما القائمة المنظمة فتسير بالترتيب: أولًا حسب صفة واحدة، ثم حسب الصفة التالية. والمخطط الشجري مفيد لذلك.

متى يفيد: «بكم طريقة»، «كم عددًا»، «كتابة كل الاحتمالات».

مسألة · الصفوف 1–2

كم عددًا مختلفًا مكوّنًا من رقمين يمكن تكوينه من الأرقام 2 و4 و6 و8، إذا لم يتكرر أي رقم في العدد نفسه؟

عرض الحلإخفاء الحل
  1. نختار ترتيبًا: أولًا رقم العشرات، ثم رقم الآحاد.

  2. رقم العشرات 2 أو 4 أو 6 أو 8. وكل منها يترك ثلاثة أرقام أخرى للآحاد.

  3. نكتبها فرعًا فرعًا: 24، 26، 28، 42، 46، 48، 62، 64، 68، 82، 84، 86. لم يُغفَل أي عدد، ولم يتكرر أي عدد.

المخطط الشجري لا يترك شيئًا يفلت: لكل رقم أول فروعه الخاصة.

الإجابة 12 عددًا.

في المواضيع:حصر الحالات

05

البدء من النهاية

الحل عكسيًّا

حين تكون نهاية القصة معروفة والسؤال عن بدايتها، ارجعوا من النهاية إلى البداية. واقلبوا كل عملية إلى عكسها: «أكل» إلى «أعاد»، و«ضرب» إلى «قسم».

متى يفيد: النتيجة في النهاية معروفة، والمطلوب ما كان في البداية.

مسألة · الصفوف 3–4

كان في وعاء بعض التفاح. أكلت سلمى نصفه. ثم أكل يوسف نصف ما بقي، وتفاحة أخرى. فبقيت 2 تفاحتان. كم تفاحة كانت في البداية؟

عرض الحلإخفاء الحل
  1. نبدأ مما نعرفه: في النهاية بقيت 2 تفاحتان.

  2. قبل يوسف: نعيد التفاحة الواحدة، 2 + 1 = 3. وهذا كان النصف، إذن كان هناك 6.

  3. قبل سلمى: كان 6 هو النصف، إذن كان هناك 12. التحقق: 12 ← 6 ← 6 − 3 − 1 = 2.

نسير من اليمين إلى اليسار ونفعل كل شيء بالعكس: «أكل النصف» يصبح «الضرب في 2»، و«أكل واحدة أخرى» يصبح «زائد 1».

الإجابة 12 تفاحة.

في المواضيع:حساب فيه خدعةالوزن وسكب السوائلألعاب باستراتيجية رابحة

06

افتراض أن الجميع من نوع واحد

طريقة الافتراض

حين يكون في المسألة أشياء من نوعين، تخيّلوا أنها كلها من نوع واحد. احسبوا مقدار ابتعاد النتيجة عن المطلوب، فيتضح عدد ما يجب استبداله.

متى يفيد: نوعان من الأشياء ومجموع معروف: رؤوس وأرجل، قطع نقدية من فئتين.

مسألة · الصفوف 3–4

تتجول في فناء دجاجات وأرانب. عدد رؤوسها معًا 10، وعدد أرجلها 28. كم أرنبًا في الفناء؟

عرض الحلإخفاء الحل
  1. لنفترض أن الحيوانات كلها، وعددها 10، دجاجات. عندها يكون عدد الأرجل 10 × 2 = 20.

  2. لكن عدد الأرجل في الحقيقة 28: أي بزيادة 8.

  3. كل أرنب يحلّ محل دجاجة يزيد الأرجل بمقدار 2: 8 ÷ 2 = 4 أرانب. التحقق: 4 × 4 + 6 × 2 = 28.

نعدّ أولًا كأن الجميع من نوع واحد، ثم نغيّر بالضبط العدد الذي يلزم ليتطابق المجموع.

الإجابة 4 أرانب.

07

البحث عن نمط

انظروا إلى الخطوات الأولى وابحثوا عما يتكرر. فالجزء المتكرر يتيح القفز بعيدًا إلى الأمام دون رسم كل ما في الوسط.

متى يفيد: الأنماط، والسلاسل، والتقويم: «أيها سيكون العشرين»، «أيها سيكون المئة».

مسألة · الصفوف 1–2

أعلام معلّقة بهذا الترتيب: أحمر، أصفر، أخضر، أزرق، ثم أحمر، أصفر، أخضر، أزرق من جديد، وهكذا. ما لون العلم رقم 23؟

عرض الحلإخفاء الحل
  1. نجد الجزء المتكرر: أحمر، أصفر، أخضر، أزرق، أي أربعة أعلام.

  2. في 23 علمًا 5 مجموعات كاملة من أربعة، أي 20 علمًا، و3 أعلام أخرى.

  3. العلم رقم 23 هو الثالث في مجموعته الرباعية، والثالث دائمًا أخضر.

لا حاجة إلى رسم ثلاثة وعشرين علمًا: يكفي أن نرى أي موضع يأخذه العلم في مجموعته الرباعية.

الإجابة أخضر.

في المواضيع:الزوجية والتناوبالتقويم والأعمار

الإثبات

في الأولمبياد كثيرًا ما لا يكون السؤال «كم» بل «هل يمكن ذلك». وعندها لا يكفي العدّ: لا بد من شرح لماذا لا يمكن أن يكون الأمر على غير ذلك.

08

افتراض العكس

برهان الخُلف

لإثبات أن أمرًا ما لا يمكن أن يكون، افترضوا أنه ممكن، وتابعوا الاستدلال حتى تصلوا إلى تناقض. وبهذه الطريقة تُحلّ كل مسائل «الفرسان والكذابون» تقريبًا.

متى يفيد: «هل يمكن ذلك»، «إثبات أن ذلك مستحيل»، من يقول الصدق.

مسألة · الصفوف 3–4

في جزيرة يعيش فرسان يقولون الصدق دائمًا، وكذابون يكذبون دائمًا. قالت أسماء: «بلال كذاب». وقال بلال: «أنا وأسماء كلانا من الفرسان». من يكون كل منهما؟

عرض الحلإخفاء الحل
  1. لنفترض أن بلالًا فارس. عندها يكون كلامه صادقًا، وتكون أسماء فارسة أيضًا. لكن أسماء، وهي فارسة، قالت إن بلالًا كذاب. تناقض.

  2. إذن بلال كذاب، وكلامه غير صحيح: فهو وأسماء ليسا فارسين معًا. وهذا لا تناقض فيه.

  3. قالت أسماء: «بلال كذاب»، وهذا صحيح. ولا يقول الصدق إلا الفارس، إذن أسماء فارسة.

أحد الطريقين يؤدي إلى طريق مسدود، إذن الآخر هو الصحيح.

الإجابة أسماء فارسة، وبلال كذاب.

في المواضيع:الفرسان والكذابون

09

مراقبة الزوجية

أحيانًا لا حاجة إلى معرفة كل شيء: تكفي معرفة هل العدد زوجي أم فردي. فإذا كان شيء ما يتبدّل بين الزوجي والفردي في كل خطوة، فإن عدد الخطوات يبيّن فورًا أين يمكن الوصول وأين لا يمكن.

متى يفيد: قفزات، ونقلات، وتبديلات، «بالتناوب»، «هل يمكن أن يحصل ذلك».

مسألة · الصفوف 3–4

يقف جندب عند الصفر على خط الأعداد. وكل قفزة تنقله مسافة 1 بالضبط إلى اليسار أو إلى اليمين. هل يمكن أن يعود إلى الصفر بعد 5 قفزات؟

عرض الحلإخفاء الحل
  1. نلوّن الخانات بالتناوب: زوجية وفردية.

  2. كل قفزة تغيّر اللون: من خانة زوجية إلى خانة فردية، وبالعكس.

  3. بعد 5 قفزات، وهو عدد فردي، يكون الجندب حتمًا على خانة فردية، والصفر زوجي.

لا حاجة إلى تتبّع المكان الذي ذهب إليه الجندب بالضبط: يكفي تتبّع لون خانته.

الإجابة لا، لا يمكن.

في المواضيع:الزوجية والتناوب

10

الحمام والأعشاش

مبدأ برج الحمام

إذا كان عدد الحمام أكبر من عدد الأعشاش، ففي عش ما حمامتان على الأقل. يبدو ذلك بديهيًا، لكنه يثبت أمورًا يبدو التحقق منها مستحيلًا.

متى يفيد: «إثبات أنه لا بد من وجود»، «اثنان على الأقل»، «بالتأكيد».

مسألة · الصفوف 3–4

كم مرة يجب رمي حجر النرد للتأكد من أن عددًا ما يظهر مرتين على الأقل؟

عرض الحلإخفاء الحل
  1. لحجر النرد 6 أعداد: هي 6 «أعشاش». والرميات هي «الحمام».

  2. بعد 6 رميات قد تبقى الأعداد كلها مختلفة: 1، 2، 3، 4، 5، 6.

  3. الرمية السابعة لا يبقى لها عش فارغ: لا بد أن يظهر عدد ما للمرة الثانية. إذن 7 رميات.

حتى لو اختلفت الرميات الست الأولى كلها، فلا بد أن تكرر الرمية السابعة نتيجة إحداها.

الإجابة 7 رميات.

في المواضيع:مبدأ برج الحمام

11

محاكاة نقلات الخصم كالمرآة

استراتيجية التماثل

في الألعاب الثنائية كثيرًا ما يفوز من يستطيع محاكاة نقلات الآخر كالمرآة. فعندها يكون له رد دائمًا، ما دام لخصمه نقلة.

متى يفيد: الألعاب الثنائية: «من يفوز باللعب الصحيح».

مسألة · الصفوف 5–6

شريط من 9 مربعات. يتناوب لاعبان على وضع قطعة في مربع فارغ لا يجاور مربعًا مشغولًا. ومن لا يستطيع وضع قطعة يخسر. أين يجب أن يضع اللاعب الأول القطعة الأولى ليفوز، مهما كان لعب الآخر؟

عرض الحلإخفاء الحل
  1. في النقلة الأولى نضع قطعة في المنتصف، في المربع الخامس.

  2. نرد على كل نقلة للخصم بمثلها كالمرآة: في المربع المقابل عبر المنتصف.

  3. إذا كان مربع الخصم فارغًا ولا يجاور قطعة، فكذلك المربع المقابل له. إذن تنفد نقلات الخصم أولًا.

للشريط منتصف واحد، ولكل مربع آخر مربع مقابل كالمرآة. ولهذا لا تنفد نقلات اللاعب الأول أبدًا.

الإجابة في المنتصف، المربع رقم 5، ثم الرد على كل نقلة بمثلها كالمرآة.

في المواضيع:ألعاب باستراتيجية رابحة

أي أسلوب نجرّب

إشارة من كلمات المسألة، وليست قاعدة: فكثير من المسائل يُحلّ بأسلوبين في آن واحد.

إذا كان في المسألة……فجرّبوا

«أكثر بكذا»، الأعمار، أجزاء الكل
01رسم صورة
أشخاص وأشياء كثيرة، ومعلومات فيها كلمة «لا»
02إنشاء جدول
أعداد كبيرة، ولا يتضح من أين البداية
03البدء بأعداد صغيرة
«بكم طريقة»، «كم عددًا»
04إنشاء قائمة منظمة
النهاية معروفة، والسؤال عن البداية
05البدء من النهاية
نوعان من الأشياء ومجموع
06افتراض أن الجميع من نوع واحد
شيء يتكرر: «أيها سيكون العشرين»
07البحث عن نمط
«هل يمكن ذلك»، «إثبات أن ذلك مستحيل»
08افتراض العكس09مراقبة الزوجية
«بالتأكيد»، «اثنان على الأقل»
10الحمام والأعشاش
لعبة ثنائية: «من يفوز»
11محاكاة نقلات الخصم كالمرآة