小学奥数习题教案-7-7-2 容斥原理之重叠问题(二).教师版.doc
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1、7-7-2.容斥原理之重叠问题(二).题库教师版page1of6 7-7-2.7-7-2.容斥原理之重叠问题(二容斥原理之重叠问题(二) 教学目标教学目标 1. 了解容斥原理二量重叠和三量重叠的内容; 2. 掌握容斥原理的在组合计数等各个方面的应用 知识要点知识要点 一、两量重叠问题 在一些计数问题中,经常遇到有关集合元素个数的计算求两个集合并集的元素的个数,不能简单地把 两个集合的元素个数相加,而要从两个集合个数之和中减去重复计算的元素个数,即减去交集的元素个数, 用式子可表示成:ABABAB(其中符号“”读作“并”,相当于中文“和”或者“或”的意思;符号“” 读作“交”,相当于中文“且”的
2、意思)则称这一公式为包含与排除原理,简称容斥原理图示如下:A表示小圆 部分,B表示大圆部分,C表示大圆与小圆的公共部分,记为:AB,即阴影面积图示如下:A表示小圆 部分,B表示大圆部分,C表示大圆与小圆的公共部分,记为:AB,即阴影面积 包含与排除原理告诉我们,要计算两个集合AB、的并集AB的元素的个数,可分以下两步进行: 第一步:分别计算集合AB、的元素个数,然后加起来,即先求AB(意思是把AB、的一切元素都“包含”进 来,加在一起); 第二步:从上面的和中减去交集的元素个数,即减去CAB(意思是“排除”了重复计算的元素个数) 二、三量重叠问题 A类、B类与C类元素个数的总和A类元素的个数B
3、类元素个数C类元素个数既是A类又是B类 的元素个数既是B类又是C类的元素个数既是A类又是C类的元素个数同时是A类、B类、C类的元 素个数用符号表示为:ABCABCABBCACABC图示如下: 在解答有关包含排除问题时,我们常常利用圆圈图(韦恩图)来帮助分析思考 1先包含AB 重叠部分AB计算了2次,多加了1次; 2再排除ABAB 把多加了1次的重叠部分AB减去 图中小圆表示A的元素的个数,中圆表示B的元素的个数, 大圆表示C的元素的个数 1先包含:ABC 重叠部分AB、BC、CA重叠了2次, 多加了1次 2再排除:ABCABBCAC 重叠部分ABC重叠了3次,但是在进行ABC ABBCAC计算
4、时都被减掉了 3再包含:ABCABBCACABC 7-7-2.容斥原理之重叠问题(二).题库教师版page2of6 例题精讲例题精讲 模块一、三量重叠问题 【例【例 1】 一栋居民楼里的住户每户都订了一栋居民楼里的住户每户都订了 2 份不同的报纸。如果该居民楼的住户只订了甲、乙、丙三种报份不同的报纸。如果该居民楼的住户只订了甲、乙、丙三种报 纸,其中甲报纸,其中甲报 30 份,乙报份,乙报 34 份,丙报份,丙报 40 份,那么既订乙报又订丙报的有份,那么既订乙报又订丙报的有_户。户。 【考点】三量重叠问题【难度】3 星【题型】填空 【关键词】希望杯,4 年级,1 试 【解析】总共有(3034
5、40)252 户居民,订丙和乙的有 523022 户。 【答案】22户 【例【例 2】 某班学生手中分别拿红、黄、蓝三种颜色的小旗,已知手中有红旗的共有某班学生手中分别拿红、黄、蓝三种颜色的小旗,已知手中有红旗的共有34人,手中有黄旗的共人,手中有黄旗的共 有有26人,手中有蓝旗的共有人,手中有蓝旗的共有18人其中手中有红、黄、蓝三种小旗的有人其中手中有红、黄、蓝三种小旗的有6人而手中只有红、黄人而手中只有红、黄 两种小旗的有两种小旗的有9人,手中只有黄、蓝两种小旗的有人,手中只有黄、蓝两种小旗的有4人,手中只有红、蓝两种小旗的有人,手中只有红、蓝两种小旗的有3人,那么人,那么 这个班共有多少
6、人?这个班共有多少人? 【考点】三量重叠问题【难度】3 星【题型】解答 ? C ? B ? A 【解析】如图,用A圆表示手中有红旗的,B圆表示手中有黄旗的,C圆表示手中有蓝旗的如果用手中有 红旗的、有黄旗的与有蓝旗的相加,发现手中只有红、黄两种小旗的各重复计算了一次,应减去, 手中有三种颜色小旗的重复计算了二次,也应减去,那么,全班人数为:342618943()() 6250(人) 【答案】50人 【巩固】【巩固】某班有某班有42人人,其中其中26人爱打篮球人爱打篮球,17人爱打排球人爱打排球,19人爱踢足球人爱踢足球,9人既爱打篮球又爱踢足球人既爱打篮球又爱踢足球,4 人既爱打排球又爱踢足球
7、人既爱打排球又爱踢足球,没有一个人三种球都爱好没有一个人三种球都爱好,也没有一个人三种球都不爱好也没有一个人三种球都不爱好问问:既爱打既爱打 篮球又爱打排球的有几人?篮球又爱打排球的有几人? 【考点】三量重叠问题【难度】3 星【题型】解答 【解析】由于全班42人没有一个人三种球都不爱好,所以全班至少爱好一种球的有42人根据包含排除法, 4226171994()(既爱打篮球又爱打排球的人数0),得到既爱打篮球又爱打排球的人数 为:49427(人) 【答案】7人 【例【例 3】 四年级一班有四年级一班有 46 名学生参加名学生参加 3 项课外活动项课外活动其中有其中有 24 人参加了数学小组人参加
8、了数学小组,20 人参加了语文小组人参加了语文小组, 参加文艺小组的人数是既参加数学小组也参加文艺小组人数的参加文艺小组的人数是既参加数学小组也参加文艺小组人数的 35 倍,又是倍,又是 3 项活动都参加人数项活动都参加人数 的的 7 倍倍, 既参加文艺小组也参加语文小组的人数相当于既参加文艺小组也参加语文小组的人数相当于 3 项都参加的人数的项都参加的人数的 2 倍倍, 既参加数学小组既参加数学小组 又参加语文小组的有又参加语文小组的有 10 人求参加文艺小组的人数人求参加文艺小组的人数 【考点】三量重叠问题【难度】3 星【题型】解答 【解析】设参加数学小组的学生组成集合 A,参加语文小组的
9、学生组成集合 B,参加文艺小组的学生组成集 合 G 三者都参加的学生有 z 人 有ABC=46,A=24,B=20,C=3.5,AC=7ABC, BC=2ABC,AB=10 因为ABCABCABACBCABC, 所以 46=24+20+7x-10-2x-2x+x,解得 x=3, 即三者的都参加的有 3 人那么参加文艺小组的有 37=21 人 【答案】21人 7-7-2.容斥原理之重叠问题(二).题库教师版page3of6 【巩固】【巩固】 五年级三班学生参加课外兴趣小组五年级三班学生参加课外兴趣小组,每人至少参加一项每人至少参加一项其中有其中有 25 人参加自然兴趣小组人参加自然兴趣小组,35
10、 人参加美术兴趣小组人参加美术兴趣小组, 27 人参加语文兴趣小组人参加语文兴趣小组, 参加语文同时又参加美术兴趣小组的有参加语文同时又参加美术兴趣小组的有 12 人人, 参加自然同时又参加美术兴趣小组的有参加自然同时又参加美术兴趣小组的有 8 人,参加自然同时又参加语文兴趣小组的有人,参加自然同时又参加语文兴趣小组的有 9 人,人, 语文、美术、自然语文、美术、自然 3 科兴趣小组都参加的有科兴趣小组都参加的有 4 人求这个班的学生人数人求这个班的学生人数 【考点】三量重叠问题【难度】3 星【题型】解答 【解析】设参加自然兴趣小组的人组成集合 A,参加美术兴趣小组的人组成集合日,参加语文兴趣
11、小组的人 组成集合 C A=25,B=35,C=27,BC=12,AB=8,AC=9,ABC=4. ABC=ABCABACBCABC. 所以,这个班中至少参加一项活动的人有 25+35+27-12-8-9+4=62,而这个班每人至少参加一项即 这个班有 62 人 【答案】62人 【巩固】【巩固】 光明小学组织棋类比赛光明小学组织棋类比赛, 分成围棋分成围棋、 中国象棋和国际象棋三个组进行中国象棋和国际象棋三个组进行, 参加围棋比赛的有参加围棋比赛的有42人人, 参加中国象棋比赛的有参加中国象棋比赛的有55人人,参加国际象棋比赛的有参加国际象棋比赛的有33人人,同时参加了围棋和中国象棋比赛同时参
12、加了围棋和中国象棋比赛 的有的有18人,同时参加了围棋和国际象棋比赛的有人,同时参加了围棋和国际象棋比赛的有10人,同时参加了中国象棋和国际象棋比赛人,同时参加了中国象棋和国际象棋比赛 的有的有9人,其中三种棋赛都参加的有人,其中三种棋赛都参加的有5人,问参加棋类比赛的共有多少人?人,问参加棋类比赛的共有多少人? 【考点】三量重叠问题【难度】3 星【题型】解答 【解析】根据包含排除法, 先把参加围棋比赛的42人, 参加中国象棋比赛的55人与参加国际象棋比赛的33人 加起来,共是425533130人把重复加一遍同时参加围棋和中国象棋的18人,同时参加围棋 和国际象棋的10人与同时参加中国象棋和国
13、际象棋的9人减去,但是,同时参加了三种棋赛的5人 被加了3次,又被减了3次,其实并未计算在内,应当补上,实际上参加棋类比赛的共有: 13018109598()(人) 或者根据学过的公式:ABCABCABBCACABC,参加棋类比赛的总 人数为:425533 18109598(人) 【答案】98人 【例【例 4】 新年联欢会上,共有新年联欢会上,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比只参加合唱的人少于只参加合唱的人数;同时参加三种节目的人比只参加合唱的人少
14、 7 人;只参加演奏的比同时参人;只参加演奏的比同时参 加演奏、跳舞但没有参加合唱的人多加演奏、跳舞但没有参加合唱的人多 4 人;人;50 人没有参加演奏;人没有参加演奏;10 人同时参加了跳舞和合唱但没人同时参加了跳舞和合唱但没 有参加演奏;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_人人 【考点】三量重叠问题【难度】3 星【题型】填空 【关键词】西城实验 【解析】【解析】设只参加合唱的有x人,那么只参加跳舞的人数为3x,由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,得到只参加合唱
15、的和只参加跳舞的人数和为501040人,即 340 xx,得10 x ,所以只参加合唱的有10人,那么只参加跳舞的人数为30人,又由“同时参加 三种节目的人比只参加合唱的人少7人”,得到同时参加三项的有3人,所以参加了合唱的人中“同时 参加了演奏、合唱但没有参加跳舞的”有:401010317人 【答案】17人 【巩固】【巩固】 六年级六年级 100 名同学,每人至少爱好体育、文艺和科学三项中的一项其中,爱好体育的名同学,每人至少爱好体育、文艺和科学三项中的一项其中,爱好体育的 55 人,爱人,爱 好文艺的好文艺的 56 人,爱好科学的人,爱好科学的 51 人,三项都爱好的人,三项都爱好的 15
16、 人,只爱好体育和科学的人,只爱好体育和科学的 4 人,只爱好体育人,只爱好体育 和文艺的和文艺的 17 人问:有多少人只爱好科学和文艺两项?只爱好体育的有多少人?人问:有多少人只爱好科学和文艺两项?只爱好体育的有多少人? 【考点】三量重叠问题【难度】3 星【题型】解答 【解析】只是 A 类和 B 类的元素个数,有别于容斥原理中的既是 A 类又是 B 类的元数个数依题意,画图 如 下 设 只 爱 好 科 学 和 文 艺 两 项 的 有x人 由 容 斥 原 理 , 列 方 程 得 55565117154151515100 x()()() 7-7-2.容斥原理之重叠问题(二).题库教师版page4
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