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较复杂的容斥原理
在一个明媚的春日里,聪明美丽的公主迎来了她的二十岁生日。
国王看着自己的宝贝女儿,想:要选一个什么样的人才能配得上她,做她的驸马呢?于是,国王在公主的生日晚会上宣布,要为公主选一位驸马。
所有人都知道公主要出嫁了,各国的王子纷纷派使臣来求婚。
面对众多的求婚者,国王有些难以取舍。
宰相给他出了一个主意:驸马一定要文武双全,我们可以向求婚者提出几个要求。
宰相看了礼部的统计发现,求婚者一共有35 个国家的王子,其中有25 人胸怀治国方略,28 人精通兵法,33 人熟读诗书,30 人武艺高强。
现在国王想知道,这35 名王子中至少有多少人符合所有的要求。
同学们能告诉他吗?
解决这个问题,就要用到容斥原理。
在计数时,为了使重叠部分不被重复计算,人们研究出一种新的计数方法:先不考虑重叠的情况,把包含于某内容中的所有对象的数目先计算出来,然后再把计数时重复计算的数目排斥出去,使得计算的结果既无遗漏又无重复,这种计数的方法称为容斥原理。
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例1:一次期末考试,某班有15人数学得满分,有12人语文得满分,并且有4人语、数都是满分,那么这个班至少有一门得满分的同学有多少人?
“至少有一门得满分”就是说只有语文一门得满分的、只
有数学一门得满分的、语数双百的同学都是要求的人数。
我们可以画个图来帮助理解
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有一根180厘米长的绳子,从一端开始,每3厘米作一记号,每4厘米也作一记号,然后将作有记号的地方剪断,绳子共被剪成多少段?
例2:五年级学生在一次春游中每个人都带了饮料,其中有51人带了汽水,有48人带了可乐,有32人带了果汁,有16人带了汽水、可乐两种饮料,有11人带了可乐、果汁两种饮料,有13人带了汽水、果汁两种饮料,另外还有7人带了汽水、可乐和果汁三种饮料。
问五年级的学生有多少人?
容斥原理(1):如果被计数的事物有A 、
B 两 类,那么,A 类或B 类元素个数= A 类元素个
数+B 类元素个数-既是A 类又是B 类的元素
个数。
容斥原理(2):如果被计数的事物有A 、
B 、
C 三类,那么,A 类或B 类或C 类元素个数= A 类元素个数+B 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A 类又是C 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B
类而且是C 类的元素个数。
由于“每个人都带了饮料”,那么求“五年级的学生有多少人”就是求至少带了一种饮料的人数。
我们可以画个图来帮助理解
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五年级一班的学生都喜欢运动,每人至少爱好一种球。
其中爱好乒乓球的有40人,爱好足球的有20人,爱好排球的有30人,既爱好乒乓球又爱好排球的有18人,既爱好足球又爱好乒乓球的有14人,既爱好足球又爱好排球的有12人。
三种球都爱好的有8人,那么这个班有多少人?数学培训教材加盟合作
例3:六(1)班有学生44人,每人在暑假里都参加体育训练队,其中参加足球队的有25人,参加排球队的有22人,参加游泳队的有34人,足球、排球都参加的有12人,足球、游泳都参加的有18人,排球、游泳都参加的有14人,问:三项都参加的有多少人?
某年级的课外兴趣小组共有54人,分数学、语文、外语三个小组,参加数学兴趣小组的有23人,参加语文兴趣小组的有27人,参加外语兴趣小组的有18人;其中同时参加数学、外语两个兴趣小组的有7人;同时参加语文、数学兴趣小组的有4人;同时参加语文、外语兴趣小组的有5人。
问其中三个小组都参加的有多少人?
朋朋正面图 把容斥原理
(二)变形即可求出。
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例4:某班的全体学生在进行了短跑、游泳、投掷三个项目的测试后,有4名学生在这三个项目上都没有达到优秀,其余每人至少有一项达到了优秀,达到了优秀的这部分学生情况如下表:
求这个班的学生共有多少人?
六年级100名学生中,15人既不会骑自行车也不会游泳,有62人会骑自行车,75人会游泳。
问既会自行车又会游泳的有多少人?数学培训教材加盟合作
例5:边长分别为10厘米、8厘米和4厘米的三块正方形纸片放在桌面上,如图,它们盖住的面积是多少平方厘米?
程程正面图 先求出至少有一个优秀的人数,再加上没有达到优秀的人数。
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在一个边长为90厘米的正方形桌面上,放上两张边长分别为20厘米和45厘米的正方形纸,如图。
问桌面上没被纸片盖住的面积是多少?
例6:在一个炎热的夏日,10个小学生去冷饮店每人都买了冷饮。
其中6人要了汽水,6人要了可乐,4人要了果汁,有3人既要了汽水又要了可乐,1人既要了汽水又要了果汁,2人既要了可乐又要了果汁。
问:只要一样的有几人?
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55人,爱好文艺的56人,爱好科学的51人,三项都爱好的15人,只爱好体育和科学的4人,只爱好体育和文艺的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?
(接下来的题目有一定难度,如果课堂时间不够,可以留在课下思考。
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例7:在1~1000的自然数中,是3的倍数或是5的倍数共有多少个?不是3的倍数或是5的倍数共有多少个?
先求出1~1000中3的倍数有多少个,当成A类元素
的个数;再求出5的倍数有多少个,当成B类;最后
求出3和5的公倍数的个数,当成既是A类又是B
类的元素个数。
然后用容斥原理(一)即可。
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在1~1000的自然数中,不能被2、3、5中任何一个整除的数有多少个?。