补2 方阵问题
补2.1 考情与识别信号
考情:省考与事业单位联考中频,国考偶见。常与「最外层人数」「增加一行一列」结合,套对母公式即可。
识别信号:排成方阵、正方形队列、最外层/最里层、实心/空心方阵、每边人数。
补2.2 核心公式与结论
实心方阵(每边 n 人):
| 量 | 公式 |
|---|---|
| 总人数 | N = n² |
| 最外层人数 | 4n − 4(= 4(n−1)) |
| 相邻两层人数差 | 8 人 |
| 层数关系 | 每向内一层,每边人数 −2 |
| k 层总数(最外层每边 n) | n² − (n−2k)²(当 n > 2k) |
空心方阵(最外层每边 n,共 m 层):
- 总人数 =
n² − (n−2m)²(外实心减去内实心) - 或逐层相加:最外层
4n−4,向内每层 −8 总人数 = 最外层人数 × m − 4m(m−1)
速算口诀:
方阵总数边平方,外层减四再乘四;里外相邻差个八,空心用大平方减小平方。
补2.3 解题步骤
- 定 n:由「每边 n 人」或「总人数 n²」反求边长(开方,注意取正整数)。
- 算外层:
4n − 4。 - 空心:先算外实心
n²,再算内空心边长n − 2×层数,相减。 - 验层数:相邻层差 8,可用逐层相加验算总人数。
补2.4 例题精讲
例2 方阵人数
某校排演团体操:
(1)用 144 人排成一个实心方阵,最外层有多少人?
(2)若改成最外层每边 8 人的 3 层空心方阵,共需多少人?
【解析】
(1)实心
n² = 144→n = 12- 最外层
4×12 − 4 = 48 − 4 = 44(人)
(2)3 层空心,最外层每边 8
- 方法一(平方差):内空心每边
8 − 2×3 = 2总 = 8² − 2² = 64 − 4 = 60(人) - 方法二(逐层加):
最外层4×8−4 = 28
第二层28 − 8 = 20
第三层20 − 8 = 1228 + 20 + 12 = 60(人)
两种方法一致,60 人。
【点睛】
- 实心看 n² 与 4n−4 两个数即可。
- 空心首选「大平方减小平方」:内边 = 外边 − 2×层数。
- 「增加一行一列」变式:
(n+1)² − n² = 2n + 1,即多2n+1人。
补2.5 易错警示
- 外层不是 4n:四角各 1 人被两条边重复,必须 减 4。
- 空心层数与边长:向内一层,每边 减 2(左右各收 1),不是减 1。
- 总人数开方:n 人排方阵必须
n = √N为正整数;若题给「每边 n 人」,总数是 n²,别再乘别的。 - 相邻层差 8:只对 n ≥ 3 的层成立;最里层可能只剩 1 人或 2×2,单独验。
补2.6 自测练习
自测 1 10×10 实心方阵,最外层多少人?最外层比最里层多多少人?
自测 2 一个 2 层空心方阵,最外层每边 10 人,总人数多少?
自测 1:外层 4×10 − 4 = 36 人。最里层是中心 2×2,4×2 − 4 = 4 人。多 36 − 4 = 32 人。(或:层差 8,10 人边长对应 5 个“半层”,外比最内多 8×4 = 32。)
自测 2:内边 10 − 2×2 = 6;10² − 6² = 100 − 36 = 64 人。逐层:36 + 28 = 64。