浅谈如何学好小奥数论

数论研究的是整数的性质,小奥竞赛必考内容,在初中高中的联赛中也会继续深入。小奥的数论就是初等数论中最简单的一部分,可初等数论不“初等”,这个东西就不是给普娃学的。
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难点
数论第一个难点在于整体性:一般机构的数论的主线顺序是整除-质数与合数-因数与倍数-余数问题-位值原理-进位制/取整/不定方程/完全平方数,无论是怎么的学习顺序,孩子接受都会有一些问题,因为数论是一个大的整体,各知识点之间联系及其紧密,很多内容是互相定义。先学哪个都可以,先学哪个又不可以。
第一遍学习的时候,很多知识点理解起来会比较痛苦,甚至有一些老师会直接说,这是一个结论先记住,后面会讲。比如整除特征要用到位值原理,判断整除要看余数,质数合数的判定要依靠因数倍数,因数倍数里面又有分解质因数。所以,每学一个新的知识点时,都要想一下,这个知识点和以前相比的有哪些联系。
数论第二个难点在于抽象性:其他模块如果不明白,画个图也能解释,可绝大部分数论题目是极为抽象的,只能用代数的方法去推导,如果强行用一些方式去直观展现,是不符合学习路径的,也是舍本逐末的方法。
数论第三个难点在于困难性:现在很多小奥的数论题,都是当年的初联甚至高联题目,如果打开初中的小蓝本,会发现目录还是那些东西。小奥区分度最高的两个模块就是组合和数论,即使到了高联二试,也是代数、平几、数论、组合四大模块,数论、组合属于贯穿了小学、初中、高中整个竞赛过程的模块,也一直是最难的两个模块。如果一个孩子学不明白数论,那么大方承认是普娃。
数论第四个难点在于独立性:我们的初高中课内数学是初中重几何,高中重代数,但对于数论却只有极少的概念性扫盲,具体知识点几乎没有(组合也是类似,除了计数和概率,其他内容可以视为零)。这样就导致了两个困难,对于孩子来要学一个未来课内绝对不会考的知识点。对于非竞赛出身的家长来说,如果不重新学习可能连孩子都不如。所以很多高年级的家长在孩子面前也没有低年级的底气,我自己也是从0开始学习。
数论第五个难点在于跳跃性:数论表述极其简单,最难的题目一般人也能看懂,所以很多民科都喜欢数论。可“看似寻常最崎岖”,题干字越少的题目经常越难,能用的工具就那么几个,但是要解决的问题却很困难,解题过程还分好多步骤,再加上很多老师和解析喜欢跳步,中间一个环节没弄懂,可能要研究很久才能搞明白。
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应对
前面说了那么多难点,也不是说只能束手无策,虽然数论看智商,可我们学习奥数就是要突破自己的天花板,也就是先确定自己学习的目标,因为目标不同需要付出的努力是不一样的。竞赛并不是一条捷径,绝大数人还是走综合,学习的难度要取决于目标考试的难度,比目标稍微高一些就可以。
解决数论的总体思想就是吃透概念,明白原理,适量刷题,降维打击。
一、学习路线
从学习进度来说,我认为数论至少要学习两遍,因为是自鸡,所以我们的学习一直都是模块化学习,数论作为最后一个模块,因为整体性太强,在短期内大火猛攻效果更好,如果像机构那样螺旋上升,可能过段时间遗忘了不少。其实所有的模块都可以集中学习,数论因为其特殊性效果尤其明显。
每一遍的侧重点不一样,第一遍侧重于进度,主要是快速过一遍,将概念和定理都弄明白,要注意的是,这里的明白是明白原理,而不是记住结论。课程难度选择机构的创新难度,习题用导引配套,因为导引的题目至少有20年的历史了,所以数论部分整体的难度偏低,达到五年级导引难度即可。
这一遍的目的就是了解概念,掌握方法,也为第二轮的拔高做铺垫。如果目标只是机构的高端班型、XSC或者分班考,那么这个难度已经足够,是投入产出比最高的方案,没有必要再往下深入了。
这一遍的重点就是底层逻辑的培养,这是能做出难题的前提,也是我们学习小奥的目标之一。奥数里面的概念很多,方法也很多,看起来很复杂,其实学到最后就剩下那么些内容,每个模块都有各自的逻辑,只不过有的模块就算孩子没学明白底层逻辑,靠记忆也能做题,区别就是能做哪种难度的题目而已。
第二遍是将数论的知识点重新学习一遍,目标应对应机构的顶级班型、一线初中ZDB的XSC或者某些有含金量的比赛的高级别奖项。这一遍的难度要比第一轮高一个台阶,需要把第一遍中一些重要知识点全部推导一遍,并且要引入高阶的方法降维打击。比如为什么1既不是质数也不是合数,为什么质数有无数个,为什么分解质因数方式唯一,余数为什么不具有可除性,还是在一定前提下满足可除性?
另外根据孩子的接受程度补充高阶技巧,比如余数为负、欧拉函数、费马小定理、裴蜀定理等。这部分对大多数孩子来说就很难了。不过数论最讲逻辑,有的孩子无法理解,需要家长或者老师带着从头证明一下,如果证明实在困难,至少要记住结论和方法。
对于数论来说,如果不懂底层逻辑绝不可能学好,第二遍的目的就是体会数论这个模块到底是研究什么的。如何下定义,如何证明定理,有哪些推论,即使很多内容不考,或者老师不讲,也最好弄明白,因为这些是一个整体,而你在教材和上课学的内容太零散,终极目标就是能把各个知识点从头到尾讲一遍,到达这个程度就说明已经融会贯通了。
那么问题来了,能不能把两轮合并成一轮提高效率呢,对于非天牛来说几乎不可能。因为你不可能对一个知识点有了简单的认识后,马上就能解决复杂的问题。就像学了鸡兔同笼后未必马上就能解决浓度题目,虽然它们本质上就是一回事。所以两轮是必须的,而且至少是二轮。
二、参考资料
网课就不具体推荐了,经常提起的名师其实就那么几位,低难度用W老师的七大模块,高难度用S老师的三模块,此外Z老师,R老师,两位C老师和两位L老师的资源都可以看看,除了他们的常规课程,也可以他们针对杯赛的刷题班的数论部分。比较后就会发现,每位老师讲的方式都不一样,很难做出取舍,每听一位老师,就有一次收获。除了大白、导引作为练习册外,再额外推荐3本书,如果是主要是孩子学,就让孩子看,当然家长也能看最好。
第1本是科普,名称为《数学女王的邀请-初等数论入门》,这本书优点是内容非常有趣,并且篇幅不多,正好处于入门的难度,但是涵盖的内容很全,有时间可以翻翻,一般成年人几天就看完了。
第2本是必修,6年级的《明心资优教程》,明心资优一共4、5、6年级各一本,编写最好的就是6年级这本,厚度几乎是4、5年级的总和,所以没有时间和毅力的就不用买了。数论部分是6年级的压轴几讲,而且篇幅接近整本书的一半,可见明心对于数论的重视,相关部分如果能学习完,绝对有一个质的飞跃。除了基础的内容,拓展也有很多价值,比如“大衍求一术”。
如果明心还觉得不过瘾,那么可以看第3本的选修,也就是初中小蓝本的数论那一册,全称为《2022数学奥林匹克小丛书初中卷6-整除同余与不定方程》。初中小蓝本一套8本,华东师范大学出版社出品,这本书在整个系列中属于比较经典的一本,作者是上海中学的校长。题目不多但是题题经典,解析也比较详细。如果看着有困难,可以找网课辅助学习,但最好先研究再看视频,否则几乎没有效果。
该书对于竞赛生属于入门难度,但是对于小学生来说难度非常高,不用全部掌握,对于孩子来说,可以挑一些自己能看懂的部分进行研究,大部分题目用来欣赏和开拓思路即可。对于家长的作用我会放在最后。
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理念
在这部分会讲一下在第二遍学习中,各个知识点注意事项,在前面已经提高过,数论就是一个整体,先将哪个知识点都可以,我选取的是机构的常用顺序。
整除特征:所有机构都先讲整除,因为相对简单,任何一个数都有整除特征,小奥只讲了最简单的几种。无论是尾数系、和系、差系,都是围绕着10进制的特点来研究的。分别对应着10^n, 10^n-1和10^n+1。在这部分其实主要研究的就是余数和进位制。如果理解了,那么那些整除特征根本不用背。
【睿爸说明:
通过数学小组的练习和打卡批改,我发现有很多平时只是校优的娃数论知识储备相当贫瘠,或者是会的那一点也完全没有到条件反射的地步。
比如不少娃会犯计算的结果如果是分数,但没有化为最简分数的错误,甚至会忽略最基础的类似3的整除特征的检查,比如2022/9。
比如涉及到质数相关的问题,很多娃不知道应该先从偶质数2开始讨论。】
因倍质合:是数论的基础和重点内容,质合是基础,因倍是重点,分解质因数和公约数公倍数务必极其熟练,这里面每个知识点都有多种做法,在保证自己能够有一种最擅长的基础上,尽量熟练其他方法。另外最好学习一下欧拉函数,应对某些问题可以秒杀。
余数问题:绝对的难点,这里有不少可以降维的点。
比如余数范围的扩大,课内要求余数在0和除数之间,在数论里面,余数可以为负数,也可以比除数大,这样可以降低计算量,另外可以改变余数的奇偶性,方便化简。
比如同余式,要能够熟练进行加减乘除。
比如费马小定理,这个推导起来比较难,最基本的要求是记住结论,应对某些问题可以秒杀。
余数问题的重要性还体现在与其他模块的交叉,一般是计数+余数或者组合+余数,这些题目难度都非常高,如果想做出来务必对常见的余数处理技巧很熟悉。
不定方程:相对比较简单,小奥阶段的常用题型和做法就那么几种,如果有兴趣,可以了解一下裴蜀定理。
进位制:其实是一个很难的模块,能够很好区分孩子的天赋,小孩初学可能会不好理解,不过小奥范围内考的相对比较简单,进位制其实在计算、组合里面有很多应用,可以多了解下,也可以适当拓展,比如进制里面的小数如何表示。
位值原理:这是数论的基础,我是放在整除前面讲的,因为不讲位值原理的话,很多数论的内容不好解释,这个部分不难理解,小奥范围内也不会考的太难。
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总结
有的家长觉得孩子不努力,要不知识点学不明白,要不过段时间就忘了。每当有这种想法,可以打开初中的数论小蓝本,学完以后再做题,那么以后面对孩子的时候,可能会更加心平气和一些。

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