图中显示了一个由相同大小的正方形组成的图形序列的前三个图形。 下表记录了垂直边数 V 和总边数 S。

  1. ((a))

    求 p 和 q 的值。

    答案 p = ... , q = ...

  2. ((b))

    S 和 n 之间的关系由 S=n2+3nS = n^2 + 3n 给出。
    当总边数为 270 时,求 n 的值。

  3. ((c))

    求一个用 nn 表示 VV 的表达式。

    答案 ...

  4. ((d))

    解释为什么对于任何图形,总边数与垂直边数之差都不可能是 100。

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完整解法

5((a))

1. Continue the pattern for the number of vertical sides to find $p$.

For VV: 2, 5, 9,…2,\ 5,\ 9,\ldots

The increases are
+3, +4,…+3,\ +4,\ldots
Continue the increases:
9+5=149+5=14
14+6=2014+6=20
20+7=2720+7=27
So, for figure 6,
p=27.p=27.

2. Continue the pattern for the total number of sides to find $q$.

For SS: 4, 10, 18,…4,\ 10,\ 18,\ldots

The increases are
+6, +8,…+6,\ +8,\ldots
Continue the increases:
18+10=2818+10=28
28+12=4028+12=40
40+14=5440+14=54
So, for figure 6,
q=54.q=54.

答案

p=27, q=54p = 27,\ q = 54

5((b))

1. Substitute the given total number of sides into the relationship.

Given S=n2+3nS=n^2+3n and S=270S=270,
n2+3n=270n^2+3n=270
n2+3n−270=0n^2+3n-270=0

2. Solve the quadratic equation and choose the valid figure number.

n2+3n−270=0n^2+3n-270=0
(n+18)(n−15)=0(n+18)(n-15)=0
So n=−18n=-18 or n=15n=15.

Since nn is a figure number, nn must be positive.
n=15n=15

答案

n=15n=15

5((c))

1. Use the pattern in the number of vertical sides to form the nth-term expression.

From the table, V=2,5,9,…V=2,5,9,\ldots

The increases are 3,4,5,…3,4,5,\ldots, so
V=1+1+2+3+⋯+n+n.V=1+1+2+3+\cdots+n+n.
Using 1+2+⋯+n=n(n+1)21+2+\cdots+n=\dfrac{n(n+1)}{2},
V=n(n+1)2+n=n2+3n2.V=\dfrac{n(n+1)}{2}+n=\dfrac{n^2+3n}{2}.

答案

V=n(n+1)2+nV=\dfrac{n(n+1)}{2}+n or V=n2+3n2V=\dfrac{n^2+3n}{2}

5((d))

1. Write the difference $S-V$ in terms of $n$.

From earlier parts,
S=n2+3n,V=n2+3n2.S=n^2+3n,\qquad V=\frac{n^2+3n}{2}.
Hence
S−V=(n2+3n)−n2+3n2=n2+3n2.S-V=(n^2+3n)-\frac{n^2+3n}{2}=\frac{n^2+3n}{2}.

2. Test whether the difference can be 100 by forming an equation.

If the difference were 100, then
n2+3n2=100.\frac{n^2+3n}{2}=100.
So
n2+3n=200.n^2+3n=200.

3. Show that the equation has no valid figure number.

Solving
n2+3n−200=0,n^2+3n-200=0,
n=\frac{-3\pm\sqrt{3^2-4(1)(-200)}}{2}= rac{-3\pm\sqrt{809}}{2}.
Since 809\sqrt{809} is not an integer, nn is not a whole number. But nn must be a positive integer because it is a figure number.

答案

Since S−V=n2+3n2S-V=\dfrac{n^2+3n}{2}, if S−V=100S-V=100, then n2+3n=200n^2+3n=200. This gives n≈12.7n\approx 12.7, which is not a whole number. Since nn must be a positive integer figure number, the difference cannot be 100.

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