4．信息技术中的数学问题 解读课标伴随着计算机和网络技术的迅猛发展，人类社会已步入信息时代，并将迈人后信息化时代：IT 技术、赛伯空间、数字化技术、智能通讯等信息技术彻底改变着我们的生活方式与思维方式．计算器、计算机正深刻影响着数学学习内容和方式，现代信息技术是学习数学和解决问题的有力工具．近年出现的以信息技术为背景的问题是中考竞赛试卷一道靓丽的风景，这类问题将信息技术与数学知识有机融合和渗透，构思巧妙、立意新颖，其内容涉及计算机常识（数制、字节等）、计算机的数据输出、计算机中的数据处理、计算机运算程序、网络与通讯等．解决这类问题的关键是找到数学知识与其内在的联系，将其转化为数学问题．问题解决例1给出下列程序，且已知当输入的x 值为1时，输出值为1；输入的x 值为1-时，输出值为3-，则当输入的x 值为12时，输出值为________．试一试把程序流程图用代数式表示，由条件先求出k 、b 的值．例2计算机利用的是二进制数，它共有两个数码0、1，将一个十进制数转化为二进制数，只需把该数写成若干个2n 数的和，依次写出1或0即可，如()4321()219162112020212110011+=++=⨯+⨯+⨯+⨯+=．为二进制下5的位数，则十进制数2004是二进制下的( )．A ．10位数B ．11位数C 12位数D ．13位数试一试本例渗透了计算机的基本知识——“二进制计算”，无论何种进制的数都可表示为与数位上的数字、进制值有关联的和的形式．例3一条信息可通过如图所示的网络线由上（A 点）往下向各站点传送．例如信息到2b 点可由经1a 的站点送达，也可由经2a 的站点送达，共有两条途径传送，那么信息由A 点到达3d 的不同途径共有多少条．试一试在阅读理解的基础上，画出路线示意图，穷举得出结论．+b ×k 输出立方输入x c 3c 2b 2d 5d 4c 4b 3d 3d 2d 1b 1c 1a 2a 1A例4你觉得手机很神奇吗？它能在瞬间清晰地传递声音、文字、图像等信号，据说以后还能发送味道、触觉信息呢！这里都有手机中电脑芯片的功劳．其实，这些信号在电脑芯片中都是以二进制数的形式给出的．每个二进制数都由0和1构成，电脑芯片上电子元件的“开”、“关”分别代表“1”和“0”．一组电子元件的“开”“关”状态就表示相应的二进制数，例如“开”“开”“关”表示“110”，如图，电脑芯片的某段电路上分布着一组电子元件（假设它们首尾不相连），且相邻的两个元件不能同时是关的．（以下各小题要求写出解答过程）（1）若此电路上有4个元件，则这4个元件所有不同的“开”“关”状态共有多少种？（请一一列出）（2）若用k a 表示电路上()1k k ≥只电子元件所有不同的“开”“关”状态数，试探索k a 、1k a +、2k a +之间的关系式（不要求论证）；（3）试用（2）中探索出的递推关系式，计算10a 的值．试一试对于（l ），通过穷举，得出答案值；对于（2），从特例入手，归纳出相应关系式．例5先阅读下面的材料，再解答后面各题．现代社会对保密要求越来越高，密码正在成为人们生活的一部分．有一种密码的明文（真实文）按计算机键盘字母排列分解，其中Q 、W 、E 、…、N 、M 这26个字母依次对应1、2、3、…、25、26这26个正整数（见下表）：Q W E R T Y U I O P A S D1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 F G H J K L Z X C V B N M14 15 16 17 1819 20 21 22 23 2425 26 给出一个变换公式：()()()',126,332'17,26,3131'8,126,32.3⎧=⎪⎪+⎪=+⎨⎪⎪+=+⎪⎩是正整数，≤≤被整除，是正整数，1≤≤被除余，是正整数，≤≤被除余x x x x x x x x x x x x x x x 将明文转换成密文，如：42417193+→+=，即R 变为L ； 111118123+→+=，即A 变为S ． 将密文转换成明文，如：()2132117 210→⨯--=，即X 变为P ；()133138 114→⨯--=，即D 变为F ．（1）按上述方法将明文NET 译为密文；（2）若按上述方法将明文译成的密文为DWN ，请找出它的明文．试一试对于（1），由明文选择变换公式，求得相应整数，推出密文；对于（2），逆用变换公式，即由'x 导出x 值，推出明文，解题的关键是确定变换公式中'x 的取值范围．电话号码的破译例6同学们看电影、看电视时，经常遇到破译密码的故事情节，在军事上、商业上，为了保密，都采用密码．破译密码需要有解密的“钥匙”，下面我们也来破译一个电话号码：一名间谍在他所追踪的人拨打电话时（话机是拨盘式的，如图，话机上的数字排列顺序是1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，图中画出了拨数字5时相应的小孔转过的路线），随着拨号盘转回的声音，用铅笔以同样的速度在纸上画线，他画出的6条线如下：他很快就知道了那人拨的电话号码，这个号码是多少？分析与解从电话拨盘上可以看出，拨1时，画出的线段最短，拨0时，画出的线段最长，由于画线速度相同，所以，每个数字所对应的线段应比它下一个数所对应的线段增加一个固定的长度．间谍所画下的这6条线段的长度互不相等，所表示的6个数字当然也不一样，在0~9这10个数字的6个数字中至少有2个数字是相邻的（想一想为什么），因此，长度最接近的两条线段的长度差，就一定是上面所谈到的那个固定长度．通过对这6条线段进行度量，可以发现第一条线段与第二条线段最为接近，它们相差0.6厘米（相当于1个格子的宽度）．由于最长的线段与最短的线段相差5.4厘米（相当于9个格子的宽度），因此可以断定最长的线段代表数字0，而最短的线段则代表1．第一条线段比第三条线段长3厘米，因此第一条线段代表156+=，同样可推知第六条线段代表3，第四条线段代表8，第二条线段代表5，所以这个电话号码是651803．⑨⑧⑦⑥⑩②③④⑤①cm cm cm cm cm 1.864.80.63 3.6cm数学冲浪知识技能广场1. 二进制数为法国数学家莱布尼兹所创，例如二进制数1101表示十进制数23112 01221+⨯+⨯+⨯，即相当于十进制数13，试将二进制数1011化为十进制数_________．二进制数是现代计算机理论的基础．2. 如图，是一个简单的数值运算程序，当输入x 的值为1-时，则输出的数值为_______．3. 老师设计了一个计算程序，输入和输出的数据如下表：输入数据 1 2 3 45 6 … 输出数据 12 27 314 423 534 647… 那么，当输入数据是7时，输出的数据是________．4. 在计算器上按照下面的程序进行操作：下表中的x 与y 分别是输入的6个数及相应的计算结果：x 2- 1- 0 1 2 3 y 5- 2- 1 4 7 10 上面操作程序中所按的第三个键和第四个键应是 ．5．在计算机程序中，二叉树是一种表示数据结构的方法．如图，一层二叉树的结点总数为1，二层二叉树的结点总数为3，三层二叉树的结点总数为7……照此规律，七层二叉树的结点总数为（ ）．A ．63B ．64C ．127D ．128输入x -2输出×(-3) y （计算结果）=3×显示 按键输入x ……一层二叉树三层三叉树二层二叉树6．如图所示的运算程序中，若开始输入的x 值为48，我们发现第一次输出的结果为24，第二次输出的结果为12……，则第2010次输出的结果为（ ）．A ． 6B ．3C ．200632D ．1003327．计算机是将信息换成二进制数进行处理的，二进制即“逢2进1”，如()21101表示二进制数，将它转换成十进制形式是321121202113⨯+⨯+⨯+=，那么将二进制数()21111转换成十进制形式是数（ ）． A ．8 B ．15 C ．20 D ．308．按下列程序计算，把答案写在表格内：（1）填写表格：输入n 3 122- 3- … 输出答案 1 1（2）请将题中计算程序用代数式表达出来，并给予化简．9．密码在通信安全技术、国防军事中扮演着重要角色，下面6道算式，乍看真是莫名其妙！ ①8762+=；②535+=；③12823+=；④50954+=；⑤11155⨯=；⑥091-=．当你知道这只是密码算式，各个密码数字各自对应另二个不同数字时，算式就合理了． 请根据算式，写出表中密码所对应的数字．密码0 1 2 4 5 6 7 8 9 对应数字x 为奇数x 为偶数12x输出x +3输入x答案-n ÷n n 平方+n10．为确保信息安全，信息需加密传输，发送方由明文→密文（加密），接收方由密文→明文（解密），已知有一种密码，将英文26个小写字母a ，b ，c ，……，z 依次对应0，1，2，3，……，25这26个自然数（见表格）．当明文中的字母对应的序号为β时，将10β+除以26后所得的余数作为密文中的字母对应的序号，例如明文s 对应密文c ．字母 a b c d ef g h i j k 1 m 序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12字母 n o p q r s t u v w xy z 序号 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25按上述规定，将明文“maths ”译成密文．思维方法天地11．我们知道在十进制加法中，逢十进一，如9817+=，也可写成()()()1010109817+=；在四进制加法中，逢四进一，如()()()4443711+=，那么在n 进制中有等式()()()5543142n n n +=，则n =______．12．某综合性大学拟建校园局域网络，将大学本部A 和所属专业学院B 、C 、D 、E 、F 、G 之间用网线连接起来．经过测算，网线费用如图所示（单位：万元），每个数字表示对应网线（线段）的费用，实际建网时，部分网线可以省略不建，但本部及所属专业学院之间可以传递信息，那么建网所需的最少网线费用为_______万元．13．计算机中的堆栈是一些连续的存储单元，在每个堆栈中数据的存入、取出，按照“先进后出”的原则．如图堆栈（l ）的2个连续存储单元已依次存人数据b ，a ，取出数据的顺序是a ，b ；堆栈（2）的3个连续存储单元已依次存人数据e ，d ，c ，取出数据的顺序则是c ，d ，e ．现在要从这两个堆栈中取出这5个数据（每次取出1个数据），则不同顺序的取法的种数有（ ）．A ．5种B ．6种C ．10种D ．12种14．如图，小圆圈表示网络的结点，结点之间的连线表示它们之间有网线相连，连线标注的数字表示该网线单位时间内可以通过的最大信息量．现从结点A 向结点B 传递信息，信息可以分开沿不同的路线同时传递，由单位时间内传递的最大信息量为（ ）123433124321F EG A DB C (1)ab (2)cd eA ．19B ．20C ．24D ．2615．写出一个四位数，它的各个数位上的数字都不相等（如6847），用这个四位数各个数位上的数字组成一个最大的数和一个最小的数，并用最大数减去最小数，得到一个新的四位数，对于新得到的四位数，重复上面过程，又得到一个新的四位数，一直重复下去，你发现了什么？请你用计算器，帮助你进行探索．16．某人租用一辆汽车由A 城前往B 城，沿途可能经过的城币以及通过网城市之间所需的时间（单位：小时）如图所示．若汽车行驶的平均速度为80千米／时，而汽车每行驶1千米需要的平均费用为1.2元，试指出此人从A 城出发到B 城的最短路线，并求出所需费用最少为多少元？17．按下面的程序计算，若开始输入的值为正数x ，最后输出的结果为656，那么满足条件的x 的不同值最多有多少个？18．在密码学中，你直接可以看到的内容为明码，对明码进行某种处理后得到的内容为密码，对于英文，人们将26个字母按顺序分别为对应整数0到25，现有4个字母构成的密码单词，记4个字母对应的数字分别为1x ，2x ，3x ，4x ，已知整数122x x +，23x ，342x x +，43x ，除以26的余数分别是9，16，23，12，请你通过推理计算破译此密码，写出这个单词，并写出此单词的汉语词意． 6127861253A B O 1011131415791812176D G H A B C E F 否是输出结果输入x 计算5x +1>500。