小学奥数奥数计数问题
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乘法原理:如果完成一件事需要n个步骤,其中,完成第一步有m
1
种不同的方法,完成第二步有m
2
种不同的方法,……
完成第n步有m
n
种不同的方法
,
那么完成这件事情共有m
1
×m
2
×……×m
n
种不同的方法。
例1 上海到天津每天有 2
班飞机,4 趟火车,6 班汽车,从天津到北京有 2
班汽车。假期小茗有一次长途旅游,他
从上海出发先到天津,然后到北京,共有多少种走法?
例2 “IMO”是国际奥林匹克的缩写,把这
3 个字母用红、黄、蓝三种颜色的笔来写,共有多少种写法?
【巩固】 在日常生活中,人们用来装饭、菜的有餐碗和餐盘,用来吃
饭的有餐勺、餐叉和餐筷。如果一种装饭
菜的和一种吃饭的餐具配作一套,那么以上这些可以组成不重复
的餐具多少套?
例 3
小红、小明准备在 5×5
的方格中放黑、白棋子各一枚,要求两枚不同的棋子不在同一行也不在同一列,共
有多少种方法?
【巩固】右图中共有 16 个方格,要把 A、B、C、D
四个不同的棋子放在方格里,并使每行每列只能出现一个棋子.问: 共
有多少种不同的放法?
例 4 用数字
0,1,2,3,4,组成三位数,符合下列条件的三位数各多少个?
①各个位上的数字允许重复;
②各个位上的数字不允许重复;
【巩固】 由数字 0、1、2、3
组成三位数,问:①可组成多少个不同的三位数?②可组成多少个没有重复数字的三
位数?
【拓展】由数字
1、2、3、4、5、6 共可组成多少个没有重复数字的四位奇数?
例5 把 1~100 这 100 个自然数分别写在
100 张卡片上,从中任意选出两张,使他们的差为奇数的方法有多少种?
小结 :应用乘法原理解决问题时要注意:
①做一件事要分成几个彼此互不影响的独立的步骤来完成;
②要一步接一步的完成所有步骤;
③每个步骤各有若干种不同的方法。
加法原理:一般地,如果完成一件事有 k 类方法,第一类方法中有 m1
种不同做法,第二类方法中有 m2 种不同做
法,…,第 k 类方法中有 mk
种不同的做法,则完成这件事共有:N=m1+m2+…+mk 种不同的方法.
例6
学校组织读书活动,要求每个同学读一本书.小明到图书馆借书时,图书馆有不同的外语书 150
本,不同的
科技书 200 本,不同的小说 100
本.那么,小明借一本书可以有多少种不同的选法?
例7 一个口袋内装有 3
个小球,另一个口袋内装有 8
个小球,所有这些小球颜色各不相同.问:①从两个口袋内
任取一个小球,有多少种不同的取法?
②从两个口袋内各取一个小球,有多少种不同的取法?
例8 如图,从甲地到乙地有 4 条路可走,从乙地到丙地有 2
条路可走,从甲地到丙地有 3 条路可走.那么,从甲
地到丙地共有多少种走法?
例9 有两个相同的正方体,每个正方体的六个面上分别标有数字
1、2、3、4、5、6.将两个正方体放到桌面上,
向上的一面数字之和为偶数的有多少种情形?
例 10 从 1 到 500
的所有自然数中,不含有数字 4 的自然数有多少个?
例 11 如图,一只小甲虫要从 A
点出发沿着线段爬到 B 点,要求任何点和线段不可重复经过.问:这只甲虫有多少种
不同的走法?
例 12 如图,要从 A 点沿线段走到
B,要求每一步都是向右、向上或者向斜上方.问有多少种不同的走法?
家庭作业:
1.
由数字 1、2、3、4、5、6、7、8 可组成多少个:
①三位数?
②三位偶数? ③没有重复数字的三位偶数? ④百位为
8 的没有重复数字的三位数?
⑤百位为 8 的没有重复数字的三位偶数?
2.
某市的电话号码是六位数的,首位不能是 0,其余各位数上可以是 0~9
中的任何一个,并且不同位上的数字可
以重复.那么,这个城市最多可容纳多少部电话机?
3.
图中有 7
个点和十条线段,一只甲虫要从 A 点沿着线段爬到 B
点,要求任何线段和点不得重复经过.问:这只甲
虫最多有几种不同的走法?
4.
现有一角的人民币 4 张,贰角的人民币 2 张,壹元的人民币 3
张,如果从中至少取一张,至多取 9 张,那么,
共可以配成多少种不同的钱数?
5.
将 10
颗相同的珠子分成三份,共有多少种不同的分法?分给三个人有多少种分法?
6.
有红、白、黄、蓝四种颜色的彩旗各 1
面,不同的旗可以表示不同的信号,不同的颜色排列也可以表示不同的
信号,这 4
面旗可以发出多少种信号?
7.
从最小的五个质数中,每次取出两个数,分别作为一个分数的分子和分母,一共可以组成多少个真分数?
8.
用 1,2,3,4 这四种数码组成五位数,数字可以重复,至少有连续三位是 1
的五位数有多少?
9.
从 1 到 500 的所有自然数中,不含数字 2
的自然数有多少个?
Ⅰ 排列
在实际生活中把一些事
物进行有序的排列,计算共有多少种排法,这就是数学上的排列问题。在排的过程中不仅
与参加排列的事
物的多少有关,而且与排列的先后顺序有关,那么所有排列的个数叫做排列数。
一般的从 n
个不同的元素中任取 m 个(
m n
)元素,按照一定的顺序排成一列,叫做从 n
个不同元素中取出 m
个元素的一个排列。记作:
A n(n 1)(n 2)
(n m 1)
。
n
例1 计算 (1)
A
3
m
(2)
A
-2
A
8
4
5
2
8
【巩固】计算:(1)
A
2
6
(2)
A
A
14
3
14
2
(3) 3
A
-
A
5
3 4
4
(4)(6×
A
)÷
A
12
6
7
12
例2
有五面颜色不同的小旗,任意取出三面排成一行表示一种信号,问:共可以表示多少种不同的信号?
【巩 1】有红、黄、蓝三种信号旗
,把任意两面上、下挂在旗杆上都可以表示一种信号,问共可以组成多少种不同的
信号?
【巩 2】某铁路线共有 14
个车站,这条铁路线共需要多少种不同的车票.
例3 用 1、2、3、4、5、6、7、8 可组成多少个没有重复数字的五位数?
【巩固】由数字 1、2、3、4、5、6
可以组成多少没有重复数字的①三位数?②个位是 5 的三位数?③百位是 1
的五
位数?④六位数?
例4 幼儿园里的 6 名小朋友去坐 3 把不同的椅子,有多少种坐法?
【对比】 幼儿园里 3 名小朋友去坐 6
把不同的椅子(每人只能坐一把),有多少种不同的坐法?
例5 有 4 个同学一起去郊游,照相时,必须有一名同学给其他 3
人拍照,共可能有多少种拍照情况?(照相时
人站成一排)
例6 4 名同学到照相馆照相.他们要排成一排,问:共有多少种不同的排法?
【巩固】 9 名同学站成两排照相,前排 4 人,后排
5 人,共有多少种站法?
【拓展】 5 个人并排站成一排,其中甲必须站在中间有多少种不同的站法?
3
Ⅱ 组合
在生活中还经常有许多“分组”问题,即
从一些事物中选出几个不同的事物分成一组,计算共有多少种分组方法,
这就是数学中的组合问题。
n n
组合是指从 m 个不同元素中选出 n 个元素组合在一起。组合数用符号“
c
m
”表示,
c
m
。
m
n
A
n
A
n
例 7 计算:①
c
; ②
c
15
3 1998
;③
c
×
c
; ④
A
-
c
.
4 8 8 8
3 2 2 6
2000
例8 分别写有
1、2、3、4、5、6、7、8 的八张卡片中任取两张作成一道两个一位数的加法题.问:
①有多少种不同的和?
②有多少个不同的加法算式?
例9 在圆周上有 12 个点.①过每两个点可以画一条直线
,一共可以画出多少条直线?②过每三个点可以画一个三角
形,一共可以画出多少个三角形?
【拓展】以下图 8
个点中的 3 个为顶点,共可画出多少个不同的三角形?
例 10 7 名运动员中选出两名参加决赛,有多少种不同的选法?
【对比】有 7
名同学参加游泳比赛,获得冠军与亚军的名单中有几种不同的情形?
例 11 球队有 10 名男生、8 名女生,现在要选 8
人参加区里比赛,某两名女生最多入选一人,某两名男生至少选一人,
共有多少种选法?
【拓展】学校乒乓球队有
10 名男生、8 名女生,现在要选 8 人参加区里的比赛,
(1)
至少两名女生入选,有多少种不同的选法?
(2)
A、B 两名女生,C、D
两名男生这四人不能同时入选,有多少种不同的选法?
(3)
A、B 两名女生,C、D
两名男生这四人最多入选 2 人,有多少种不同的选法?
例 12 一次射击练习中,有 9 个气球排成 3
列(如图),要求每一次射击都要击打某一列中的最低一个,那么击碎全
部 9
个气球有多少种不同的次序?
小结
:排列组合问题其实是乘法原理与加法原理应用的延伸,很多排列问题都能用乘法原理来解决。其实在解决
组合计数问题时,最重要的是理解题意,想清楚解决问题的关键是什么,以及各种情况,然后具体情况具体分析
。
排列与组合的区别主要在于:排列的结果是元素相同顺序不同算作不同的结果,而组合的结果是元素
相同顺序不
同算作同一种结果。
家庭作业:
1、①用 1、2、3、4、5、6、7
可以组成多少个不同的三位数?(数字允许重复)
②用 1、2、3、4、5、6、7
可以组成多少个没有重复数字的三位数?
③用 1、2、3、4、5、6、7
可以组成多少个没有重复数字的七位数?
④从 1、2、3、4、5、6、7
中选出三个不同数字,有多少种不同的选法?
2、圆周上有 7
个点,以这些点为顶点连四边形,一共能画出多少个不同的四边形?
3、6 本不同的书借给 10 个小朋友,每人至多借一本,且 6
本书全部借出,一共有多少种不同的借书方法?
4、张华、李明等七个同学照像,分别求出下列条件下有多少种站法?
①七个人排成一排,张
华、李明都没有站在边上;②七个人排成两排,前排三人,后排四人;③七个人排成两排,
前
排三人,后排四人,张华、李明不在同一排。
5、 把 7 本不同的书分给甲、乙两人,甲至少要分到
2 本,乙至少要分到 1 本,两人的本数不能相差 1,则不同的
分法共有( )种。
6、六五班有 8 名同学参加《科技与环保》的宣传活动。他们
在街头站成一排,向行人宣传环保知识,其中正副两名
组长不排在一起,一共有多少种排法?
7、 A、B、C、D、E、F、G、7
人排成一列,要求 A 在B 前,B 在C 前,G 在D 前。共有多少种不同排队方法?
8、从 15
名同学中选 5 名参加数学竞赛,求分别满足下列条件的选法各有多少种。
(1)
甲、乙二人必须入选;(2)甲、乙二人中至少有一人入选;(3)甲、乙、丙三人中恰有一人入选;
9、张华、李明等七个同学照像,分别求出符合下列条件的排法各有多少种。(1)七个人排成一排,张华必须站在中间;
(2)
七个人排成一排,张华李明至少有一人站在两边;
<
br>前面我们已讨论了加法原理、乘法原理、排列、组合等问题.事实上,这些问题是相互联系、不可分割的.
例如有
时候,做某件事情有几类方法,而每一类方法又要分几个步骤完成.在计算做这件事的方法时,既
要用到乘法原理,又要
用到加法原理.又如,在照相时,如果对坐的位置有些规定,那么就不再是简单的
排列问题了.类似的问题有很多,
要正确地解决这些问题,就一定要熟练地掌握两个原理和排列、组合
的内容,并熟悉它们所解决问题的类型特点.
加法原理:完成一件事情,可以有n类方法;在第一类方法中有m
1
种不同的方法,在第一类方法中有m
1
种不同的方
法,在第二类方法中有m
2
种不同的方法,……在第n类方法中有m
n
种不
同的方法;那么完成这件事共有:N=m
1
+m
2
+m
3
+…
+m
n
种不同的方法。
乘法原理:完成一件事情,需要n个步骤;做第一步有m
1
种不同的方法,做第二步有m
2
种不同的方法,……做第n
步有m
n
种不同的方法;那么完成这件事共有:N=m
1
×m
2
×m
3
×…×m
n
种不同的方法。
组合数:从m
个不同的元素里,每次取 n 个不同的元素,只管元素的组成而不管排列顺序,这叫着从 m
个元素里
每次取 n 个元素的组合。从 m 个元素里每次取 n
个元素的组合的种数,可以用下面的公式表示:
n
C
m
m!
m (m 1) (m n 1)
n!(m n)!
n (n 1) 2 1
排列数:如果考虑所取 n 个元素的顺序,则是排列数
A
m
n
m!
m (m 1) (m n 1)
(m n)!
常用方法:枚举法、插板(插空)、捆绑、排除法、对应法等。
Ⅰ 综合题
例1 两个 1,一个 2,一个 3
可以组成种种不同的四位数。这些四位数一共有多少个?
例 2 由数字
0、1、2、3 可以组成多少个没有重复数字的偶数?
例3 国家举行足球赛,共 15 个队参加.比赛时,先分成两个组,第一组 8 个队,第二组 7
个队.各组都进行单循
环赛(即每个队要同本组的其他各队比赛一场).然后再由各组的前两名共 4
个队进行单循环赛,决出冠亚军.问:①
共需比赛多少场?②如果实行主客场制(即 A、B
两个队比赛时,既要在 A 队所在的城市比赛一场,也要在 B
队所在的城
市比赛一场),共需比赛多少场?
例4 在一个半圆周上共有 12
个点,如右图,以这些点为顶点,可以画出多少个①三角形? ②四边形?
例5 甲、乙、丙、丁 4 人各有一个作业本混放在一起,4 人每人随便拿了一本,问:
①甲拿到自己作业本的拿法有
多少种?②恰有一人拿到自己作业本的拿法有多少种?③至少有一人没有拿
到自己作业本的拿法有多少种?
Ⅱ 涂色问题
例 6 如图是一个花皮球的一个侧面,请你用 4
种不同的颜色给皮球涂色,使相邻的部分颜色不同,有多少种不
同的涂色方法?
例 7 下图 A,B,C,D,E 五个区域分别用
红、黄、蓝、白、黑五种颜色中的某一种染色,要使相邻的的区域染不
同的颜色,共有多少种不同的染色
方法?
A
B
C
D E
【巩 1】下图 A,B,C,D,E 五个区域分别用红、
黄、蓝、白、黑五种颜色中的某一种染色,要使相邻的的区域染不
同的颜色,共有多少种不同的染色方法
?
B
C
A
D
E
【巩 2】如图,A,B,C,D,E 五个区域分别用红、黄、
蓝、白、黑五种颜色中的某一种染色,要使相邻的的区域染
不同的颜色,共有多少种不同的染色方法?(
必须分叉)
A
C
B
E
D
例8 用五种颜色给下图的五个区
域染色,每个区域染一种颜色,相邻的区域染不同的颜色。问有多少种不同的染
色方法?
Ⅲ 数图形
例9
如下图,问①下左图中,有多少个长方形(包括正方形)?②下右图中,有多少个长方体(包括正方体)?
Ⅳ 插板法 、对应法
例 10 有 7 个相同的球全部放入 4
个不同的盒子里,每个盒子至少放 1 个,共有多少种不同放法?
例 11 把 9 个苹果全部分给 3
个小朋友,每个小朋友至少分一个,共有多少种分法?
【对比】把 9 个苹果全部分给 4
个小朋友,有的小朋友可以不分,共有多少种分法?
【拓展】把 15 个苹果全部分给 4 个小朋友,每个小朋友至少分 2
个,共有多少种分法?
例 12 小明有 10
块大白兔奶糖,从今天起,每天至少吃一块.那么他一共有多少种不同的吃法?
例 13 在 8×8
的方格表中,取出一个如图所示的由 3 个小方格组成的“L”形,一共有多少种不同的方法?
Ⅴ 捆绑法
例 14 一台晚会上有 6 个演唱节目和 4 个舞蹈节目。求:(1)当 4
个舞蹈节目要排在一起时,有多少不同的安排节
目的顺序?(2)当要求每 2
个舞蹈节目之间至少安排 1 个演唱节目时,一共有多少不同的安排节目的顺序?
家庭作业:
1.
由数字 0、1、2、3、4
可以组成多少个①三位数?②没有重复数字的三位数?③没有重复数字的三位偶数?④
小于 1000
的自然数?
2.
从 15 名同学中选
5 人参加数学竞赛,求分别满足下列条件的选法各有多少种①某两人必须入选;②某两人中至少有
一人
入选;③某三人中恰入选一人;④某三人不能同时都入选.
3.
如图,两条相交直线上共有 9 个点,问:一共可以组成多少个不同的三角形?
4.
如图,计算①下左图中有多少个梯形?②下右图中有多少个长方体?
5.
七个同学照相,分别求出在下列条件下有多少种站法?①七个人排成一排;②
七个人排成一排,某两人必须有
一人站在中间;③七个人排成一排,某两人必须站在两头;④七个人排成
一排,某两人不能站在两头;⑤七个人排成
两排,前排三人,后排四人,某两人不在同一排.
6.
用 1 个 1,2 个 2,3 个 3
能组成多少个不同的 6 位数?
7.
如果一个至少有两位的十进制自然数中,它的每一位数字都比其右边位置的数
字小,则称为上升数。求上升
数的总数。
8.
四年级 5 个班每班各选 1
人为大队干部候选人。其中有 2 人代表候选人发言,要求这 2 人不能并肩站在一起。
这 5
位同学如果在主席台上站成一排共有多少种站队方法?
森林中住着很多动物,据说狮子大王派仙鹤去统计鸟类的种数,蝙蝠跑过去对仙鹤说;“我有翅膀,我应该是属
于鸟类的。”于是仙鹤就把蝙蝠统计到鸟类的种类里去了,结果得出森林中一共有 80 种鸟类。狮子
大王又派大象去统计
野兽的种类数,蝙蝠听说又来统计兽类了,急忙跑过去对大象说;“我没有羽毛,我
应该是属于兽类的。”于是大象就把
蝙蝠统计到兽类的种类里去了,结果统计出森林中一共有 60 种
兽类。最后狮子大王问:“森林中共有鸟类和兽类多少种?”
狡猾的狐狸听见了仙鹤和大象的统计结果,
高兴地向狮子大王汇报:“这还不简单!森林中共有鸟类和兽类 140 种。”这个
统计正确吗?
同学们肯定会说:“不对!蝙蝠被算了两次,应该再减去一,是 139 种。”这个故事说明了一个数
学问题,那就
是被称为“容斥原理”的包含与排除问题。当需要计数的两类事物互相包含(有部分重复交
叉)时,应把重复计数的
部分排除掉。由此我们得到逐步排除法(容斥原理):当两个计数部分有重复时
,为了不重复计数,应从它们的和中
减去重复部分。
在很多计数问题中常用到数学上的一个包
含与排除原理,也称为容斥原理.为了说明这个原理,我们先介绍一些集
合的初步知识。
集合
在讨论问题时,常常需要把具有某种性质的同类事物放在一起考虑.如:A={五(1)班全体同学}.
我们称一些事
物的全体为一个集合.A={五(1)班全体同学}就是一个集合。B={全体自然数}=
{1,2,3,4,…}是一个具体有
无限多个元素的集合。C={在 1,2,3,…,100
中能被 3 整除的数}=(3,6,9,12,…,99}是一个具有有限多
个元素的集合。
集合通常用大写的英文字母
A、B、C、…表示.构成这个集合的事物称为这个集合的元素.如五(1)班的每一位同
学均是集合
A 的一个元素.又如 B={全体自然数}中任何一个自然数都是集合 B 的元素.像集合B
这种含有无限多个元
素的集合称为无限集.像集合 C
这样含有有限多个元素的集合称为有限集.有限集合所含元素的个数常用符号|A|、|B|、
|C|、…表示。
并集
记号 A∪B 表示所有属于集合 A 或属于集合 B
的元素所组成的集合.就是图中两个圆所覆盖的部分.集合 A∪B 叫做集
合 A 与集合 B
的并集.“∪”读作“并”,“A∪B”读作“A 并B”。
例
设集合A={1,2,3,4},集合 B={2,4,6,8},则
A∪B={1,2,3,4,6,8}.元素 2、4 在集合 A、B
中都有,在并集中只写一个。
交集
记号A∩B 表示所有既属于集合A 也属于集合B
中的元素的全体.就是上图中阴影部分所表示的集合.即是由集合A、B
的公共元素所组成的集合.它称为集合 A、B 的交集.符号“∩”读作“交”,“A∩B”读作“A
交 B”.如例中的集合A、
B,则A∩B={2,4}。
补集
例 设集合
I={1,3,5,7,9},集合 A={3,5,7}。
补集(或余集),如图中阴影部分表示的集合(整个长
方形表示集合 I).
对于两个没有公共元素的集合 A
和B,显然有|A∪B|=|A|+|B|。
例如,A={1,2,…,100},B={101},则 所以|A∪B|=101=100+
1=|A|+|B|。如果集合 A 与B 有公共元素,例如
A={1,2,…,100},B={90,91,…,101},则 A∩B=(90,
91,…,
100},A∪B={1,2,…,101}.此时,|A∪B|与|A|+|B|有什么关系呢?在这个例中,
|A∪B|=101,|A|+|B|
=100+12=112。所以|A∪B|=|A|+|B|-11,我们注意到,11 恰为 A∩B
的元素个数.这是合理的,因为在求|A∪B|时,
90,91,…,100 这 11
个数各被计入一次,而在求|A|+|B|时,这 11 个数各被计入两次(即多算了一次),并且这
11 个数组成的集合恰为
A∩B.因此得到|A∪B|=|A|+|B|-|A∩B|,(1)这就是关于两个集合的容斥原理:集合 A
与B
的并的元素个数,等于集合 A 的元素个数与集合 B 的元素个数的和,减去集合 A 与
B 的交的元素个数。
(1)是容斥原理的第一个公式.我们还可以用右图来说明.如图我们用
N1、N2、N3 分别表示 A∪B 中互不重叠的部
分的元素个数。可见:|A|=N1+N3,|
B|=N2+N3,|A∩B|=N3.因此|A∪B|=N1+N2+N3=(N1+N3)+(N2+N3)
-N3=|A|+|B|-|A∩B|。
我们知道,当集合 A 与B
没有公共元素时,有|A∪B|=|A|+|B|.实际上这是公式(1)的特殊情
形,因为此时 两类事物:|A∪B|=|A|+|B|-|A∩B|;三类事物:|A∪B∪C|=|A|+|B|+|C
|-|A∩B|-|A∩C|-|B∩C|+|A∩B∩C|
例1
桌上有两张圆纸片 A、B.假设圆纸片 A 的面积为 30 平方厘米,圆纸片 B 的面积为 20
平方厘米.这两张圆纸片
重叠部分的面积为 10 平方厘米.则这两张圆纸片覆盖桌面的面积是多少?
【巩固】
求在 1 至 100 的自然数中能被 3 或 7 整除的数的个数。
例2 求在 1~100 的自然数中不是 5 的倍数也不是 6 的倍数的数有多少个?
例3 一个班有学生 48 人,每人至少参加跑步、跳高两项比赛中的一项。已知参加跑步的有 37
人,参加跳高的有
40 人,请问:这两项比赛都参加的学生有多少人?
【想一想】如果全班有 3 人哪一个比赛项目都不参加,将会得出什么结果?
例4 60
名同学面向老师站成一横排。老师先让同学们从左到右按照 1、2、3、4、……、59、60
的顺序依次报数,
再让报数是 4 的倍数的同学向后转,接着又让报数是 6
的倍数的同学向后转。请问:现在面向老师的学生还有多少名?
例5 五年级一班有 45
名同学,每人都积极报名参加暑假体育训练班,其中报足球班的有 25 人,报篮球班的有
20
人,报游泳班的有 30 人,足球、篮球都报者有 10 人,足球、游泳都报者有 10
人,游泳、篮球都报者有 12 人。请
问:三项都报的有多少人?
【巩固】某校有学生 960 人,其中 510
人订阅“中国少年报”,330 人订阅“少年文艺”,120 人订阅“中小学数
学教学报”;其中有
270 人订阅两种报刊,有 58 人订阅三种报刊.问这个学校中没有订阅任何报刊的学生有多少人?
例6 在一根长木棍上,有三种刻度线,它们分别将木棍分成 10 等分、12 等分、15
等分。如果沿每条刻度线把木
棍锯断,请问:木棍总共被锯成多少段?
例7 如图,在长方形 ABCD
中,AD=15 厘米,AB=8 厘米,四边形 OEFG 的面积是 9
平方厘米。请问:阴影部分的面
积是多少平方厘米?
A
D
O
E
B
F
G
C
例8 设下面图中正方形的边长为 1
厘米,半圆均以正方形的边为直径,求图中阴影部分的面积。
例9 在边长是 10
厘米的正方形纸片中间挖掉一个小正方形后,成为一个宽度为 1 厘米的方框,把 5
个这样的方框放
在桌面上(如下图)。请你算一算:桌面被这些方框所盖住的面积是多少平方厘米?
例 10 李老师出了两道题,全班 40
人中,第一道题有 30 人对,第 2 题有 12 人未做对,两题都做对的有 20 人。
请问:(1)第 2 题对,但是第 1 题不对的有多少人?(2)两道题都不对的有几个人?
1
,乙答错了
1
,求甲乙都答 例 11
在一次数学竞赛中,甲答错了题目总数的 3 道,甲乙都错的题占题目总数的
4 6
对的题目有几道?
例 12 某班四年级时、五年级时和六年级时分别评出 10
名三好学生,又知四、五年级连续三好生 4 人,五、六年
级连续三好生 3
人,四年级六年级两年评上三好生的有 5 人,四、五、六三年没评过三好生的有 20
人,请问:这个班最
多有多少名同学?最少有多少名同学?
【巩固】 六年级(1)班有 32 人参加数学竞赛,有 27 人参加英语竞赛,有
22 人参加语文竞赛,其中参加数学和
英语两科的有 12 人,参加了英语和语文两科的有 14
人,参加了数学和语文两科的有 10 人,那么六年级(1)班全班
至少有多少人?
例 13 真分数
1001
是最简真分数,问α有多少种取值?
例 14 2006 盏亮着的电灯,各有一个拉线开关控制,按顺序编号为
1、2、3、……、2006,将编号为 2 的倍数的
灯的拉线各拉一下;再将编号为 3
的倍数的灯的拉线各拉一下;最后将编号为 5
的倍数的灯的拉线各拉一下。拉完后亮
着的灯有多少盏?
例 15 新年联欢会上,共有 90 人参加了跳舞、合唱、演奏三种节目的演出。如果只
参加跳舞的人数三倍于只参加
合唱的人数;同时参加三种节目的人数比只参加合唱的人数少 7
人;只参加演奏的比同时参加演奏、跳舞但没有参加合唱
的多 4 人;50 人没有参加演奏;10
人同时参加了跳舞和合唱但没有参加演奏;40
人参加了合唱;那么,同时参加了演奏、
合唱但没有参加跳舞的有多少人?
家庭作业:
1.
五(6)班的同学中有 32 人喜欢音乐,27
人喜欢美术,音乐和美术都喜欢的有 11
人,请问:五(6)班的学生
中喜欢音乐或美术的一共有多少人?
2.
某班有 50 人,会游泳的有
27 人,会体操的有 18 人,都不会的有 15 人.问既会游泳又会体操的有多少人?
3.
在 1
至 1000 这 1000 个自然数中,能被 5 或 11 整除的自然数一共有多少个?
4.
在
1~1000 这 1000 个自然数中,不能被 2、3、5 中任何一个数整除的数有多少个?
5.
育新小学举行各年级学生画展,其中有 18
幅画不是六年级的,20 幅画不是五年级的。现在知道五、六年级共
展出 22
幅画,请问:其他年级共展出多少幅画?
6.
“六一”儿童节,某校有 25
个小朋友得奖,学校为他们准备了甲、乙、丙三种奖品让他们自由选择,有 14 人要
甲种奖品,12
人要乙种奖品,10 人要丙种奖品,其中 4 人既要甲种又要乙种,但不要丙种奖品,2
人既要甲种又要丙
种,但不要乙种,只有 1
人三种都要。每个小朋友至少选择其中的一种,请问:有多少人要乙种和丙种而不要甲种奖品?
7.
一次数学小测验只有两道题,结果全班有 10 人全对,第一题有 25 人做对,第二题有 18
人做错。请问:两道
题都做错的有几个人?
8.
五年级 2 班有 46
名学生参加三项课外兴趣活动,其中 24 人参加了数学小组,20 人参加了语文小组,参加文艺
小组的人数是既参加数学小组又参加文艺小组人数的 3.5 倍,又是三项活动都参加人数的 7
倍,既参加文艺小组又参
加语文小组相当于三项活动都参加人数的 2
倍,既参加数学小组又参加语文小组的学生有 10 人。请问:参加文艺小组的
学生有多少人?
9.
某校五年级二班有 49
人参加了数学、英语、语文学习小组,其中数学有 30 人参加,英语有 20 人参加,语文
小组有 10 人.老师告诉同学既参加数学小组又参加语文小组的有 3
人,既参加数学又参加英语和既参加英语又参加语
文的人数均为质数,而三种全参加的只有 1
人,请问:你能求出既参加英语又参加数学小组的人数吗?
10.
五环图中每一个环内半径为 4 厘米,外半径为 5
厘米.其中两两相交的小曲边四边形(右图中阴影部分)的面
积相等.已知五个圆环盖住的总面积是
122.5 平方厘米.求每个小曲边四边形的面积。
11.
某班全体学生进行短跑、游泳和篮球三项测验,有 4
个学生这三项均未达到优秀,其余每人至少一项达到优
秀,这部分学生达到优秀的项目及人数如下表:
问这个班有多少名学生?
12.
有 100 位学生回答 A、B 两题.A、B
两题都没回答对的有 10 人,有 75 人答对 A 题,83 人答对 B 题,问有多少
人
A、B 两题都答对?
1 1
13.
在一次数学竞赛中,甲答错了题目总数的 ,乙答对了 7 道,甲乙都对的题占题目总数的
,求甲答对了多少
9 6
道题?
14.
如图,在桌面上放置两两重叠,边长都相等的三个正方形纸片。已知盖住桌面的总面积是 144
平方厘米。三
张纸片共同重叠部分的面积是 42 平方厘米,图中阴影面积为 72
平方厘米。请问:正方形的边长是多少厘米?
乘法原理:如果完成一件事需要n个步骤,其中,完成第一步有m
1
种不同的方法,完成第二步有m
2
种不同的方法,……
完成第n步有m
n
种不同的方法
,
那么完成这件事情共有m
1
×m
2
×……×m
n
种不同的方法。
例1 上海到天津每天有 2
班飞机,4 趟火车,6 班汽车,从天津到北京有 2
班汽车。假期小茗有一次长途旅游,他
从上海出发先到天津,然后到北京,共有多少种走法?
例2 “IMO”是国际奥林匹克的缩写,把这
3 个字母用红、黄、蓝三种颜色的笔来写,共有多少种写法?
【巩固】 在日常生活中,人们用来装饭、菜的有餐碗和餐盘,用来吃
饭的有餐勺、餐叉和餐筷。如果一种装饭
菜的和一种吃饭的餐具配作一套,那么以上这些可以组成不重复
的餐具多少套?
例 3
小红、小明准备在 5×5
的方格中放黑、白棋子各一枚,要求两枚不同的棋子不在同一行也不在同一列,共
有多少种方法?
【巩固】右图中共有 16 个方格,要把 A、B、C、D
四个不同的棋子放在方格里,并使每行每列只能出现一个棋子.问: 共
有多少种不同的放法?
例 4 用数字
0,1,2,3,4,组成三位数,符合下列条件的三位数各多少个?
①各个位上的数字允许重复;
②各个位上的数字不允许重复;
【巩固】 由数字 0、1、2、3
组成三位数,问:①可组成多少个不同的三位数?②可组成多少个没有重复数字的三
位数?
【拓展】由数字
1、2、3、4、5、6 共可组成多少个没有重复数字的四位奇数?
例5 把 1~100 这 100 个自然数分别写在
100 张卡片上,从中任意选出两张,使他们的差为奇数的方法有多少种?
小结 :应用乘法原理解决问题时要注意:
①做一件事要分成几个彼此互不影响的独立的步骤来完成;
②要一步接一步的完成所有步骤;
③每个步骤各有若干种不同的方法。
加法原理:一般地,如果完成一件事有 k 类方法,第一类方法中有 m1
种不同做法,第二类方法中有 m2 种不同做
法,…,第 k 类方法中有 mk
种不同的做法,则完成这件事共有:N=m1+m2+…+mk 种不同的方法.
例6
学校组织读书活动,要求每个同学读一本书.小明到图书馆借书时,图书馆有不同的外语书 150
本,不同的
科技书 200 本,不同的小说 100
本.那么,小明借一本书可以有多少种不同的选法?
例7 一个口袋内装有 3
个小球,另一个口袋内装有 8
个小球,所有这些小球颜色各不相同.问:①从两个口袋内
任取一个小球,有多少种不同的取法?
②从两个口袋内各取一个小球,有多少种不同的取法?
例8 如图,从甲地到乙地有 4 条路可走,从乙地到丙地有 2
条路可走,从甲地到丙地有 3 条路可走.那么,从甲
地到丙地共有多少种走法?
例9 有两个相同的正方体,每个正方体的六个面上分别标有数字
1、2、3、4、5、6.将两个正方体放到桌面上,
向上的一面数字之和为偶数的有多少种情形?
例 10 从 1 到 500
的所有自然数中,不含有数字 4 的自然数有多少个?
例 11 如图,一只小甲虫要从 A
点出发沿着线段爬到 B 点,要求任何点和线段不可重复经过.问:这只甲虫有多少种
不同的走法?
例 12 如图,要从 A 点沿线段走到
B,要求每一步都是向右、向上或者向斜上方.问有多少种不同的走法?
家庭作业:
1.
由数字 1、2、3、4、5、6、7、8 可组成多少个:
①三位数?
②三位偶数? ③没有重复数字的三位偶数? ④百位为
8 的没有重复数字的三位数?
⑤百位为 8 的没有重复数字的三位偶数?
2.
某市的电话号码是六位数的,首位不能是 0,其余各位数上可以是 0~9
中的任何一个,并且不同位上的数字可
以重复.那么,这个城市最多可容纳多少部电话机?
3.
图中有 7
个点和十条线段,一只甲虫要从 A 点沿着线段爬到 B
点,要求任何线段和点不得重复经过.问:这只甲
虫最多有几种不同的走法?
4.
现有一角的人民币 4 张,贰角的人民币 2 张,壹元的人民币 3
张,如果从中至少取一张,至多取 9 张,那么,
共可以配成多少种不同的钱数?
5.
将 10
颗相同的珠子分成三份,共有多少种不同的分法?分给三个人有多少种分法?
6.
有红、白、黄、蓝四种颜色的彩旗各 1
面,不同的旗可以表示不同的信号,不同的颜色排列也可以表示不同的
信号,这 4
面旗可以发出多少种信号?
7.
从最小的五个质数中,每次取出两个数,分别作为一个分数的分子和分母,一共可以组成多少个真分数?
8.
用 1,2,3,4 这四种数码组成五位数,数字可以重复,至少有连续三位是 1
的五位数有多少?
9.
从 1 到 500 的所有自然数中,不含数字 2
的自然数有多少个?
Ⅰ 排列
在实际生活中把一些事
物进行有序的排列,计算共有多少种排法,这就是数学上的排列问题。在排的过程中不仅
与参加排列的事
物的多少有关,而且与排列的先后顺序有关,那么所有排列的个数叫做排列数。
一般的从 n
个不同的元素中任取 m 个(
m n
)元素,按照一定的顺序排成一列,叫做从 n
个不同元素中取出 m
个元素的一个排列。记作:
A n(n 1)(n 2)
(n m 1)
。
n
例1 计算 (1)
A
3
m
(2)
A
-2
A
8
4
5
2
8
【巩固】计算:(1)
A
2
6
(2)
A
A
14
3
14
2
(3) 3
A
-
A
5
3 4
4
(4)(6×
A
)÷
A
12
6
7
12
例2
有五面颜色不同的小旗,任意取出三面排成一行表示一种信号,问:共可以表示多少种不同的信号?
【巩 1】有红、黄、蓝三种信号旗
,把任意两面上、下挂在旗杆上都可以表示一种信号,问共可以组成多少种不同的
信号?
【巩 2】某铁路线共有 14
个车站,这条铁路线共需要多少种不同的车票.
例3 用 1、2、3、4、5、6、7、8 可组成多少个没有重复数字的五位数?
【巩固】由数字 1、2、3、4、5、6
可以组成多少没有重复数字的①三位数?②个位是 5 的三位数?③百位是 1
的五
位数?④六位数?
例4 幼儿园里的 6 名小朋友去坐 3 把不同的椅子,有多少种坐法?
【对比】 幼儿园里 3 名小朋友去坐 6
把不同的椅子(每人只能坐一把),有多少种不同的坐法?
例5 有 4 个同学一起去郊游,照相时,必须有一名同学给其他 3
人拍照,共可能有多少种拍照情况?(照相时
人站成一排)
例6 4 名同学到照相馆照相.他们要排成一排,问:共有多少种不同的排法?
【巩固】 9 名同学站成两排照相,前排 4 人,后排
5 人,共有多少种站法?
【拓展】 5 个人并排站成一排,其中甲必须站在中间有多少种不同的站法?
3
Ⅱ 组合
在生活中还经常有许多“分组”问题,即
从一些事物中选出几个不同的事物分成一组,计算共有多少种分组方法,
这就是数学中的组合问题。
n n
组合是指从 m 个不同元素中选出 n 个元素组合在一起。组合数用符号“
c
m
”表示,
c
m
。
m
n
A
n
A
n
例 7 计算:①
c
; ②
c
15
3 1998
;③
c
×
c
; ④
A
-
c
.
4 8 8 8
3 2 2 6
2000
例8 分别写有
1、2、3、4、5、6、7、8 的八张卡片中任取两张作成一道两个一位数的加法题.问:
①有多少种不同的和?
②有多少个不同的加法算式?
例9 在圆周上有 12 个点.①过每两个点可以画一条直线
,一共可以画出多少条直线?②过每三个点可以画一个三角
形,一共可以画出多少个三角形?
【拓展】以下图 8
个点中的 3 个为顶点,共可画出多少个不同的三角形?
例 10 7 名运动员中选出两名参加决赛,有多少种不同的选法?
【对比】有 7
名同学参加游泳比赛,获得冠军与亚军的名单中有几种不同的情形?
例 11 球队有 10 名男生、8 名女生,现在要选 8
人参加区里比赛,某两名女生最多入选一人,某两名男生至少选一人,
共有多少种选法?
【拓展】学校乒乓球队有
10 名男生、8 名女生,现在要选 8 人参加区里的比赛,
(1)
至少两名女生入选,有多少种不同的选法?
(2)
A、B 两名女生,C、D
两名男生这四人不能同时入选,有多少种不同的选法?
(3)
A、B 两名女生,C、D
两名男生这四人最多入选 2 人,有多少种不同的选法?
例 12 一次射击练习中,有 9 个气球排成 3
列(如图),要求每一次射击都要击打某一列中的最低一个,那么击碎全
部 9
个气球有多少种不同的次序?
小结
:排列组合问题其实是乘法原理与加法原理应用的延伸,很多排列问题都能用乘法原理来解决。其实在解决
组合计数问题时,最重要的是理解题意,想清楚解决问题的关键是什么,以及各种情况,然后具体情况具体分析
。
排列与组合的区别主要在于:排列的结果是元素相同顺序不同算作不同的结果,而组合的结果是元素
相同顺序不
同算作同一种结果。
家庭作业:
1、①用 1、2、3、4、5、6、7
可以组成多少个不同的三位数?(数字允许重复)
②用 1、2、3、4、5、6、7
可以组成多少个没有重复数字的三位数?
③用 1、2、3、4、5、6、7
可以组成多少个没有重复数字的七位数?
④从 1、2、3、4、5、6、7
中选出三个不同数字,有多少种不同的选法?
2、圆周上有 7
个点,以这些点为顶点连四边形,一共能画出多少个不同的四边形?
3、6 本不同的书借给 10 个小朋友,每人至多借一本,且 6
本书全部借出,一共有多少种不同的借书方法?
4、张华、李明等七个同学照像,分别求出下列条件下有多少种站法?
①七个人排成一排,张
华、李明都没有站在边上;②七个人排成两排,前排三人,后排四人;③七个人排成两排,
前
排三人,后排四人,张华、李明不在同一排。
5、 把 7 本不同的书分给甲、乙两人,甲至少要分到
2 本,乙至少要分到 1 本,两人的本数不能相差 1,则不同的
分法共有( )种。
6、六五班有 8 名同学参加《科技与环保》的宣传活动。他们
在街头站成一排,向行人宣传环保知识,其中正副两名
组长不排在一起,一共有多少种排法?
7、 A、B、C、D、E、F、G、7
人排成一列,要求 A 在B 前,B 在C 前,G 在D 前。共有多少种不同排队方法?
8、从 15
名同学中选 5 名参加数学竞赛,求分别满足下列条件的选法各有多少种。
(1)
甲、乙二人必须入选;(2)甲、乙二人中至少有一人入选;(3)甲、乙、丙三人中恰有一人入选;
9、张华、李明等七个同学照像,分别求出符合下列条件的排法各有多少种。(1)七个人排成一排,张华必须站在中间;
(2)
七个人排成一排,张华李明至少有一人站在两边;
<
br>前面我们已讨论了加法原理、乘法原理、排列、组合等问题.事实上,这些问题是相互联系、不可分割的.
例如有
时候,做某件事情有几类方法,而每一类方法又要分几个步骤完成.在计算做这件事的方法时,既
要用到乘法原理,又要
用到加法原理.又如,在照相时,如果对坐的位置有些规定,那么就不再是简单的
排列问题了.类似的问题有很多,
要正确地解决这些问题,就一定要熟练地掌握两个原理和排列、组合
的内容,并熟悉它们所解决问题的类型特点.
加法原理:完成一件事情,可以有n类方法;在第一类方法中有m
1
种不同的方法,在第一类方法中有m
1
种不同的方
法,在第二类方法中有m
2
种不同的方法,……在第n类方法中有m
n
种不
同的方法;那么完成这件事共有:N=m
1
+m
2
+m
3
+…
+m
n
种不同的方法。
乘法原理:完成一件事情,需要n个步骤;做第一步有m
1
种不同的方法,做第二步有m
2
种不同的方法,……做第n
步有m
n
种不同的方法;那么完成这件事共有:N=m
1
×m
2
×m
3
×…×m
n
种不同的方法。
组合数:从m
个不同的元素里,每次取 n 个不同的元素,只管元素的组成而不管排列顺序,这叫着从 m
个元素里
每次取 n 个元素的组合。从 m 个元素里每次取 n
个元素的组合的种数,可以用下面的公式表示:
n
C
m
m!
m (m 1) (m n 1)
n!(m n)!
n (n 1) 2 1
排列数:如果考虑所取 n 个元素的顺序,则是排列数
A
m
n
m!
m (m 1) (m n 1)
(m n)!
常用方法:枚举法、插板(插空)、捆绑、排除法、对应法等。
Ⅰ 综合题
例1 两个 1,一个 2,一个 3
可以组成种种不同的四位数。这些四位数一共有多少个?
例 2 由数字
0、1、2、3 可以组成多少个没有重复数字的偶数?
例3 国家举行足球赛,共 15 个队参加.比赛时,先分成两个组,第一组 8 个队,第二组 7
个队.各组都进行单循
环赛(即每个队要同本组的其他各队比赛一场).然后再由各组的前两名共 4
个队进行单循环赛,决出冠亚军.问:①
共需比赛多少场?②如果实行主客场制(即 A、B
两个队比赛时,既要在 A 队所在的城市比赛一场,也要在 B
队所在的城
市比赛一场),共需比赛多少场?
例4 在一个半圆周上共有 12
个点,如右图,以这些点为顶点,可以画出多少个①三角形? ②四边形?
例5 甲、乙、丙、丁 4 人各有一个作业本混放在一起,4 人每人随便拿了一本,问:
①甲拿到自己作业本的拿法有
多少种?②恰有一人拿到自己作业本的拿法有多少种?③至少有一人没有拿
到自己作业本的拿法有多少种?
Ⅱ 涂色问题
例 6 如图是一个花皮球的一个侧面,请你用 4
种不同的颜色给皮球涂色,使相邻的部分颜色不同,有多少种不
同的涂色方法?
例 7 下图 A,B,C,D,E 五个区域分别用
红、黄、蓝、白、黑五种颜色中的某一种染色,要使相邻的的区域染不
同的颜色,共有多少种不同的染色
方法?
A
B
C
D E
【巩 1】下图 A,B,C,D,E 五个区域分别用红、
黄、蓝、白、黑五种颜色中的某一种染色,要使相邻的的区域染不
同的颜色,共有多少种不同的染色方法
?
B
C
A
D
E
【巩 2】如图,A,B,C,D,E 五个区域分别用红、黄、
蓝、白、黑五种颜色中的某一种染色,要使相邻的的区域染
不同的颜色,共有多少种不同的染色方法?(
必须分叉)
A
C
B
E
D
例8 用五种颜色给下图的五个区
域染色,每个区域染一种颜色,相邻的区域染不同的颜色。问有多少种不同的染
色方法?
Ⅲ 数图形
例9
如下图,问①下左图中,有多少个长方形(包括正方形)?②下右图中,有多少个长方体(包括正方体)?
Ⅳ 插板法 、对应法
例 10 有 7 个相同的球全部放入 4
个不同的盒子里,每个盒子至少放 1 个,共有多少种不同放法?
例 11 把 9 个苹果全部分给 3
个小朋友,每个小朋友至少分一个,共有多少种分法?
【对比】把 9 个苹果全部分给 4
个小朋友,有的小朋友可以不分,共有多少种分法?
【拓展】把 15 个苹果全部分给 4 个小朋友,每个小朋友至少分 2
个,共有多少种分法?
例 12 小明有 10
块大白兔奶糖,从今天起,每天至少吃一块.那么他一共有多少种不同的吃法?
例 13 在 8×8
的方格表中,取出一个如图所示的由 3 个小方格组成的“L”形,一共有多少种不同的方法?
Ⅴ 捆绑法
例 14 一台晚会上有 6 个演唱节目和 4 个舞蹈节目。求:(1)当 4
个舞蹈节目要排在一起时,有多少不同的安排节
目的顺序?(2)当要求每 2
个舞蹈节目之间至少安排 1 个演唱节目时,一共有多少不同的安排节目的顺序?
家庭作业:
1.
由数字 0、1、2、3、4
可以组成多少个①三位数?②没有重复数字的三位数?③没有重复数字的三位偶数?④
小于 1000
的自然数?
2.
从 15 名同学中选
5 人参加数学竞赛,求分别满足下列条件的选法各有多少种①某两人必须入选;②某两人中至少有
一人
入选;③某三人中恰入选一人;④某三人不能同时都入选.
3.
如图,两条相交直线上共有 9 个点,问:一共可以组成多少个不同的三角形?
4.
如图,计算①下左图中有多少个梯形?②下右图中有多少个长方体?
5.
七个同学照相,分别求出在下列条件下有多少种站法?①七个人排成一排;②
七个人排成一排,某两人必须有
一人站在中间;③七个人排成一排,某两人必须站在两头;④七个人排成
一排,某两人不能站在两头;⑤七个人排成
两排,前排三人,后排四人,某两人不在同一排.
6.
用 1 个 1,2 个 2,3 个 3
能组成多少个不同的 6 位数?
7.
如果一个至少有两位的十进制自然数中,它的每一位数字都比其右边位置的数
字小,则称为上升数。求上升
数的总数。
8.
四年级 5 个班每班各选 1
人为大队干部候选人。其中有 2 人代表候选人发言,要求这 2 人不能并肩站在一起。
这 5
位同学如果在主席台上站成一排共有多少种站队方法?
森林中住着很多动物,据说狮子大王派仙鹤去统计鸟类的种数,蝙蝠跑过去对仙鹤说;“我有翅膀,我应该是属
于鸟类的。”于是仙鹤就把蝙蝠统计到鸟类的种类里去了,结果得出森林中一共有 80 种鸟类。狮子
大王又派大象去统计
野兽的种类数,蝙蝠听说又来统计兽类了,急忙跑过去对大象说;“我没有羽毛,我
应该是属于兽类的。”于是大象就把
蝙蝠统计到兽类的种类里去了,结果统计出森林中一共有 60 种
兽类。最后狮子大王问:“森林中共有鸟类和兽类多少种?”
狡猾的狐狸听见了仙鹤和大象的统计结果,
高兴地向狮子大王汇报:“这还不简单!森林中共有鸟类和兽类 140 种。”这个
统计正确吗?
同学们肯定会说:“不对!蝙蝠被算了两次,应该再减去一,是 139 种。”这个故事说明了一个数
学问题,那就
是被称为“容斥原理”的包含与排除问题。当需要计数的两类事物互相包含(有部分重复交
叉)时,应把重复计数的
部分排除掉。由此我们得到逐步排除法(容斥原理):当两个计数部分有重复时
,为了不重复计数,应从它们的和中
减去重复部分。
在很多计数问题中常用到数学上的一个包
含与排除原理,也称为容斥原理.为了说明这个原理,我们先介绍一些集
合的初步知识。
集合
在讨论问题时,常常需要把具有某种性质的同类事物放在一起考虑.如:A={五(1)班全体同学}.
我们称一些事
物的全体为一个集合.A={五(1)班全体同学}就是一个集合。B={全体自然数}=
{1,2,3,4,…}是一个具体有
无限多个元素的集合。C={在 1,2,3,…,100
中能被 3 整除的数}=(3,6,9,12,…,99}是一个具有有限多
个元素的集合。
集合通常用大写的英文字母
A、B、C、…表示.构成这个集合的事物称为这个集合的元素.如五(1)班的每一位同
学均是集合
A 的一个元素.又如 B={全体自然数}中任何一个自然数都是集合 B 的元素.像集合B
这种含有无限多个元
素的集合称为无限集.像集合 C
这样含有有限多个元素的集合称为有限集.有限集合所含元素的个数常用符号|A|、|B|、
|C|、…表示。
并集
记号 A∪B 表示所有属于集合 A 或属于集合 B
的元素所组成的集合.就是图中两个圆所覆盖的部分.集合 A∪B 叫做集
合 A 与集合 B
的并集.“∪”读作“并”,“A∪B”读作“A 并B”。
例
设集合A={1,2,3,4},集合 B={2,4,6,8},则
A∪B={1,2,3,4,6,8}.元素 2、4 在集合 A、B
中都有,在并集中只写一个。
交集
记号A∩B 表示所有既属于集合A 也属于集合B
中的元素的全体.就是上图中阴影部分所表示的集合.即是由集合A、B
的公共元素所组成的集合.它称为集合 A、B 的交集.符号“∩”读作“交”,“A∩B”读作“A
交 B”.如例中的集合A、
B,则A∩B={2,4}。
补集
例 设集合
I={1,3,5,7,9},集合 A={3,5,7}。
补集(或余集),如图中阴影部分表示的集合(整个长
方形表示集合 I).
对于两个没有公共元素的集合 A
和B,显然有|A∪B|=|A|+|B|。
例如,A={1,2,…,100},B={101},则 所以|A∪B|=101=100+
1=|A|+|B|。如果集合 A 与B 有公共元素,例如
A={1,2,…,100},B={90,91,…,101},则 A∩B=(90,
91,…,
100},A∪B={1,2,…,101}.此时,|A∪B|与|A|+|B|有什么关系呢?在这个例中,
|A∪B|=101,|A|+|B|
=100+12=112。所以|A∪B|=|A|+|B|-11,我们注意到,11 恰为 A∩B
的元素个数.这是合理的,因为在求|A∪B|时,
90,91,…,100 这 11
个数各被计入一次,而在求|A|+|B|时,这 11 个数各被计入两次(即多算了一次),并且这
11 个数组成的集合恰为
A∩B.因此得到|A∪B|=|A|+|B|-|A∩B|,(1)这就是关于两个集合的容斥原理:集合 A
与B
的并的元素个数,等于集合 A 的元素个数与集合 B 的元素个数的和,减去集合 A 与
B 的交的元素个数。
(1)是容斥原理的第一个公式.我们还可以用右图来说明.如图我们用
N1、N2、N3 分别表示 A∪B 中互不重叠的部
分的元素个数。可见:|A|=N1+N3,|
B|=N2+N3,|A∩B|=N3.因此|A∪B|=N1+N2+N3=(N1+N3)+(N2+N3)
-N3=|A|+|B|-|A∩B|。
我们知道,当集合 A 与B
没有公共元素时,有|A∪B|=|A|+|B|.实际上这是公式(1)的特殊情
形,因为此时 两类事物:|A∪B|=|A|+|B|-|A∩B|;三类事物:|A∪B∪C|=|A|+|B|+|C
|-|A∩B|-|A∩C|-|B∩C|+|A∩B∩C|
例1
桌上有两张圆纸片 A、B.假设圆纸片 A 的面积为 30 平方厘米,圆纸片 B 的面积为 20
平方厘米.这两张圆纸片
重叠部分的面积为 10 平方厘米.则这两张圆纸片覆盖桌面的面积是多少?
【巩固】
求在 1 至 100 的自然数中能被 3 或 7 整除的数的个数。
例2 求在 1~100 的自然数中不是 5 的倍数也不是 6 的倍数的数有多少个?
例3 一个班有学生 48 人,每人至少参加跑步、跳高两项比赛中的一项。已知参加跑步的有 37
人,参加跳高的有
40 人,请问:这两项比赛都参加的学生有多少人?
【想一想】如果全班有 3 人哪一个比赛项目都不参加,将会得出什么结果?
例4 60
名同学面向老师站成一横排。老师先让同学们从左到右按照 1、2、3、4、……、59、60
的顺序依次报数,
再让报数是 4 的倍数的同学向后转,接着又让报数是 6
的倍数的同学向后转。请问:现在面向老师的学生还有多少名?
例5 五年级一班有 45
名同学,每人都积极报名参加暑假体育训练班,其中报足球班的有 25 人,报篮球班的有
20
人,报游泳班的有 30 人,足球、篮球都报者有 10 人,足球、游泳都报者有 10
人,游泳、篮球都报者有 12 人。请
问:三项都报的有多少人?
【巩固】某校有学生 960 人,其中 510
人订阅“中国少年报”,330 人订阅“少年文艺”,120 人订阅“中小学数
学教学报”;其中有
270 人订阅两种报刊,有 58 人订阅三种报刊.问这个学校中没有订阅任何报刊的学生有多少人?
例6 在一根长木棍上,有三种刻度线,它们分别将木棍分成 10 等分、12 等分、15
等分。如果沿每条刻度线把木
棍锯断,请问:木棍总共被锯成多少段?
例7 如图,在长方形 ABCD
中,AD=15 厘米,AB=8 厘米,四边形 OEFG 的面积是 9
平方厘米。请问:阴影部分的面
积是多少平方厘米?
A
D
O
E
B
F
G
C
例8 设下面图中正方形的边长为 1
厘米,半圆均以正方形的边为直径,求图中阴影部分的面积。
例9 在边长是 10
厘米的正方形纸片中间挖掉一个小正方形后,成为一个宽度为 1 厘米的方框,把 5
个这样的方框放
在桌面上(如下图)。请你算一算:桌面被这些方框所盖住的面积是多少平方厘米?
例 10 李老师出了两道题,全班 40
人中,第一道题有 30 人对,第 2 题有 12 人未做对,两题都做对的有 20 人。
请问:(1)第 2 题对,但是第 1 题不对的有多少人?(2)两道题都不对的有几个人?
1
,乙答错了
1
,求甲乙都答 例 11
在一次数学竞赛中,甲答错了题目总数的 3 道,甲乙都错的题占题目总数的
4 6
对的题目有几道?
例 12 某班四年级时、五年级时和六年级时分别评出 10
名三好学生,又知四、五年级连续三好生 4 人,五、六年
级连续三好生 3
人,四年级六年级两年评上三好生的有 5 人,四、五、六三年没评过三好生的有 20
人,请问:这个班最
多有多少名同学?最少有多少名同学?
【巩固】 六年级(1)班有 32 人参加数学竞赛,有 27 人参加英语竞赛,有
22 人参加语文竞赛,其中参加数学和
英语两科的有 12 人,参加了英语和语文两科的有 14
人,参加了数学和语文两科的有 10 人,那么六年级(1)班全班
至少有多少人?
例 13 真分数
1001
是最简真分数,问α有多少种取值?
例 14 2006 盏亮着的电灯,各有一个拉线开关控制,按顺序编号为
1、2、3、……、2006,将编号为 2 的倍数的
灯的拉线各拉一下;再将编号为 3
的倍数的灯的拉线各拉一下;最后将编号为 5
的倍数的灯的拉线各拉一下。拉完后亮
着的灯有多少盏?
例 15 新年联欢会上,共有 90 人参加了跳舞、合唱、演奏三种节目的演出。如果只
参加跳舞的人数三倍于只参加
合唱的人数;同时参加三种节目的人数比只参加合唱的人数少 7
人;只参加演奏的比同时参加演奏、跳舞但没有参加合唱
的多 4 人;50 人没有参加演奏;10
人同时参加了跳舞和合唱但没有参加演奏;40
人参加了合唱;那么,同时参加了演奏、
合唱但没有参加跳舞的有多少人?
家庭作业:
1.
五(6)班的同学中有 32 人喜欢音乐,27
人喜欢美术,音乐和美术都喜欢的有 11
人,请问:五(6)班的学生
中喜欢音乐或美术的一共有多少人?
2.
某班有 50 人,会游泳的有
27 人,会体操的有 18 人,都不会的有 15 人.问既会游泳又会体操的有多少人?
3.
在 1
至 1000 这 1000 个自然数中,能被 5 或 11 整除的自然数一共有多少个?
4.
在
1~1000 这 1000 个自然数中,不能被 2、3、5 中任何一个数整除的数有多少个?
5.
育新小学举行各年级学生画展,其中有 18
幅画不是六年级的,20 幅画不是五年级的。现在知道五、六年级共
展出 22
幅画,请问:其他年级共展出多少幅画?
6.
“六一”儿童节,某校有 25
个小朋友得奖,学校为他们准备了甲、乙、丙三种奖品让他们自由选择,有 14 人要
甲种奖品,12
人要乙种奖品,10 人要丙种奖品,其中 4 人既要甲种又要乙种,但不要丙种奖品,2
人既要甲种又要丙
种,但不要乙种,只有 1
人三种都要。每个小朋友至少选择其中的一种,请问:有多少人要乙种和丙种而不要甲种奖品?
7.
一次数学小测验只有两道题,结果全班有 10 人全对,第一题有 25 人做对,第二题有 18
人做错。请问:两道
题都做错的有几个人?
8.
五年级 2 班有 46
名学生参加三项课外兴趣活动,其中 24 人参加了数学小组,20 人参加了语文小组,参加文艺
小组的人数是既参加数学小组又参加文艺小组人数的 3.5 倍,又是三项活动都参加人数的 7
倍,既参加文艺小组又参
加语文小组相当于三项活动都参加人数的 2
倍,既参加数学小组又参加语文小组的学生有 10 人。请问:参加文艺小组的
学生有多少人?
9.
某校五年级二班有 49
人参加了数学、英语、语文学习小组,其中数学有 30 人参加,英语有 20 人参加,语文
小组有 10 人.老师告诉同学既参加数学小组又参加语文小组的有 3
人,既参加数学又参加英语和既参加英语又参加语
文的人数均为质数,而三种全参加的只有 1
人,请问:你能求出既参加英语又参加数学小组的人数吗?
10.
五环图中每一个环内半径为 4 厘米,外半径为 5
厘米.其中两两相交的小曲边四边形(右图中阴影部分)的面
积相等.已知五个圆环盖住的总面积是
122.5 平方厘米.求每个小曲边四边形的面积。
11.
某班全体学生进行短跑、游泳和篮球三项测验,有 4
个学生这三项均未达到优秀,其余每人至少一项达到优
秀,这部分学生达到优秀的项目及人数如下表:
问这个班有多少名学生?
12.
有 100 位学生回答 A、B 两题.A、B
两题都没回答对的有 10 人,有 75 人答对 A 题,83 人答对 B 题,问有多少
人
A、B 两题都答对?
1 1
13.
在一次数学竞赛中,甲答错了题目总数的 ,乙答对了 7 道,甲乙都对的题占题目总数的
,求甲答对了多少
9 6
道题?
14.
如图,在桌面上放置两两重叠,边长都相等的三个正方形纸片。已知盖住桌面的总面积是 144
平方厘米。三
张纸片共同重叠部分的面积是 42 平方厘米,图中阴影面积为 72
平方厘米。请问:正方形的边长是多少厘米?