五年級下冊數(shù)學專項訓練奧數(shù)第十二講容斥原理全國版 (含答案

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1、第十二講 容斥原埋 家庭是幼兒語言活動的重要環(huán)境，為了與家長配合做好幼兒閱讀訓練工作，孩子一入園就召開家長會，給家長提出早期抓好幼兒閱讀的要求。我把幼兒在園里的閱讀活動及閱讀情況及時傳遞給家長，要求孩子回家向家長朗誦兒歌，表演故事。我和家長共同配合，一道訓練，幼兒的閱讀能力提高很快。 　　在很多計數(shù)問題中常用到數(shù)學上的一個包含與排除原理，也稱為容斥原理.為了說明這個原理，我們先介紹一些集合的初步知識。 這個工作可讓學生分組負責收集整理,登在小黑板上,每周一換。要求學生抽空抄錄并且閱讀成誦。其目的在于擴大學生的知識面,引導學生關(guān)注社會,熱愛生活,所以內(nèi)容要盡量廣泛一些,可以分為人生、價值、理

2、想、學習、成長、責任、友誼、愛心、探索、環(huán)保等多方面。如此下去,除假期外,一年便可以積累40多則材料。如果學生的腦海里有了眾多的鮮活生動的材料,寫起文章來還用亂翻參考書嗎? 　　在討論問題時，常常需要把具有某種性質(zhì)的同類事物放在一起考慮.如：A=｛五（1）班全體同學｝.我們稱一些事物的全體為一個集合.A＝{五（1）班全體同學}就是一個集合。 課本、報刊雜志中的成語、名言警句等俯首皆是,但學生寫作文運用到文章中的甚少,即使運用也很難做到恰如其分。為什么?還是沒有徹底“記死”的緣故。要解決這個問題,方法很簡單,每天花3-5分鐘左右的時間記一條成語、一則名言警句即可?？梢詫懺诤蠛诎宓摹胺e累專欄”上

3、每日一換,可以在每天課前的3分鐘讓學生輪流講解,也可讓學生個人搜集,每天往筆記本上抄寫,教師定期檢查等等。這樣,一年就可記300多條成語、300多則名言警句,日積月累,終究會成為一筆不小的財富。這些成語典故“貯藏”在學生腦中,自然會出口成章,寫作時便會隨心所欲地“提取”出來,使文章增色添輝。 例1 B＝｛全體自然數(shù)｝=｛1，2，3，4，…｝是一個具體有無限多個元素的集合。 例2 C=｛在1，2，3，…，100中能被3整除的數(shù)｝＝（3，6，9，12，…，99｝是一個具有有限多個元素的集合。 　　集合通常用大寫的英文字母A、B、C、…表示.構(gòu)成這個集合的事物稱為這個集合的元素.如上面例子中五（

4、1）班的每一位同學均是集合A的一個元素.又如在例1中任何一個自然數(shù)都是集合B的元素.像集合B這種含有無限多個元素的集合稱為無限集.像集合C這樣含有有限多個元素的集合稱為有限集.有限集合所含元素的個數(shù)常用符號|A|、|B|、|C|、…表示。 　　記號A∪B表示所有屬于集合A或?qū)儆诩螧的元素所組成的集合.就是右邊示意圖中兩個圓所覆蓋的部分.集合A∪B叫做集合A與集合B的并集.“∪”讀作“并”，“A∪B”讀作“A并B”。 例3 設(shè)集合A=｛1，2，3，4｝，集合B=｛2，4，6，8｝，則A∪B=｛1，2，3，4，6，8｝.元素2、4在集合A、B中都有，在并集中只寫一個。 　　記號A∩B表示所

5、有既屬于集合A也屬于集合B中的元素的全體.就是上頁圖中陰影部分所表示的集合.即是由集合A、B的公共元素所組成的集合.它稱為集合A、B的交集.符號“∩”讀作“交”，“A∩B”讀作“A交B”.如例3中的集合A、B，則A∩B=｛2，4｝。 　　下面再舉例介紹補集的概念。 例4 設(shè)集合I=｛1，3，5，7，9｝，集合A=｛3，5，7｝。 補集（或余集），如圖中陰影部分表示的集合（整個長方形表示集合I）. 　　對于兩個沒有公共元素的集合A和B，顯然有|A∪B|=|A|+|B|。 　　例如，A=｛1，2，…，100｝，B=｛101｝，則 　　所以|A∪B|＝101＝100＋1=|A|＋|B|。

6、 　　如果集合A與B有公共元素，例如 　　A＝｛1，2，…，100｝，B＝｛90，91，…，101｝，則A∩B＝（90，91，…，100｝，A∪B={1，2，…，101}.此時，|A∪B|與|A|+|B|有什么關(guān)系呢？在這個例中，|A∪B|=101，|A|＋|B|＝100＋12=112。 　　所以|A∪B|=|A|+|B|-11 　　我們注意到，11恰為A∩B的元素個數(shù).這是合理的，因為在求|A∪B|時，90，91，…，100這11個數(shù)各被計入一次，而在求|A|＋|B|時，這11個數(shù)各被計入兩次（即多算了一次），并且這11個數(shù)組成的集合恰為A∩B.因此得到 　　|A∪B|=|A|+|

7、B|-|A∩B|，（1） 　　這就是 　　關(guān)于兩個集合的容斥原理：集合A與B的并的元素個數(shù)，等于集合A的元素個數(shù)與集合B的元素個數(shù)的和，減去集合A與B的交的元素個數(shù)。 　?。?）是容斥原理的第一個公式.我們還可以用右圖來說明.如圖我們用N1、N2、N3分別表示A∪B中互不重疊的部分的元素個數(shù)?？梢姡簗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|。 　　我們知道，當集合A與B沒有公共元素時，有 　　|A∪B|＝|A|+|B|. 　　實際上這是公式（1）的特殊情形，因為此時

8、例5 桌上有兩張圓紙片A、B.假設(shè)圓紙片A的面積為30平方厘米，圓紙片B的面積為20平方厘米.這兩張圓紙片重疊部分的面積為10平方厘米.則這兩張圓紙片覆蓋桌面的面積由容斥原理的公式（1）可以算出為：｜A∪B｜=30＋20-10＝40（平方厘米）。 例6 求在1至100的自然數(shù)中能被3或7整除的數(shù)的個數(shù)。 　　分析 解這類問題時首先要知道在一串連續(xù)自然數(shù)中能被給定整數(shù)整除的數(shù)的個數(shù)規(guī)律是：在n個連續(xù)自然數(shù)中有且僅有一個數(shù)能被n整除.根據(jù)這個規(guī)律我們可以很容易地求出在1至100中能被3整除的數(shù)的個數(shù)為33個，被7整除的數(shù)的個數(shù)為14個，而其中被3和7都能整除的數(shù)有4個，因而得到 　　解：設(shè)A

9、=｛在1～100的自然數(shù)中能被3整除的數(shù)｝， 　　B＝｛在1～100的自然數(shù)中能被7整除的數(shù)｝，則 　　A∩B=｛在1～100的自然數(shù)中能被21整除的數(shù)｝。 　　∵100÷3＝33…1，∴｜A｜＝33。 　　∵100÷7＝14…2，∴｜B｜=14。 　　∵100÷21＝4…16，∴｜A∩B｜=4。 　　由容斥原理的公式（1）：｜A∪B｜＝33＋14-4=43。 　　答：在1～100的自然數(shù)中能被3或7整除的數(shù)有43個。 例7 求在1～100的自然數(shù)中不是5的倍數(shù)也不是6的倍數(shù)的數(shù)有多少個？ 　　分析 如果在1～100的自然數(shù)中去掉5的倍數(shù)、6的倍數(shù)，剩下的數(shù)就既不是5的倍數(shù)也

10、不是6的倍數(shù)，即問題要求的結(jié)果。 　　解：設(shè)A＝｛在1～100的自然數(shù)中5的倍數(shù)的數(shù)｝， 　　B=｛在1～100的自然數(shù)中6的倍數(shù)的數(shù)｝， 數(shù).為此先求｜A∪B｜。 　　∵100÷50=20，∴｜A｜=20 　　又∵100÷6＝16…4，∴｜B｜=16 　　∵100÷30＝3…10， 　　∴｜A∩B｜=3， 　?。麬∪B｜=｜A｜+｜B｜-｜A∩B｜=20＋16-3＝33。 　　答：在1～100的自然數(shù)中既不是5的倍數(shù)又不是6的倍數(shù)的數(shù)共67個。 　　我們也可以把公式（1）用于求幾何圖形的面積.這時，A和B是平面上的兩個點集（即點的集合），都是幾何圖形.｜A｜，｜B｜，

11、…分別表示A的面積，B的面積，…。 例8 設(shè)下面圖中正方形的邊長為1厘米，半圓均以正方形的邊為直徑，求圖中陰影部分的面積。 分析 如圖，四個直徑為1厘米的半圓不但蓋住了正方形，還有四個重疊部分.這正好是要求的陰影部分的面積.或者，用A表示上、下兩個半圓，用B表示左、右兩個半圓，則A∪B為邊長為1厘米的正方形，A∩B為圖中陰影部分.由（1）可得 　　｜A∩B｜=｜A｜+｜B｜-｜A∪B｜， 　　因此可求出陰影部分的面積。 解法1:∵大正方形面積=4個直徑為1厘米的半圓面積-陰影圖形面積 -1×1 ＝0.57（平方厘米）。 　　∴上頁圖（a）中陰影面積=0.57（平方厘米）。 　

12、　答：陰影面積為0.57平方厘米。 　　上面的例子是把一組事物按兩種不同的性質(zhì)來分類后，求具有其中一種性質(zhì)的元素個數(shù)問題.如果把一組事物按三種不同性質(zhì)來分類后，求具有其中一種性質(zhì)的元素個數(shù)的公式該是什么樣的呢？我們?nèi)杂脠D形來說明它具有與公式（1）類似的公式： 　　｜A∪B∪C｜=｜A｜＋｜B｜＋｜C｜-｜A∩B｜-｜A∩C｜-｜B∩C｜＋｜A∩B∩C｜， （2） 　　其中A∪B∪C=A∪（B∪C），A∩B∩C=A∩（B∩C）. 　　圖中三個圓A、B、C分別表示具有三種不同性質(zhì)的集合，并如圖用M1、M2、M3、…、M7表示由三個圓形成的內(nèi)部互不重疊的部分所含元素的個數(shù)，可見： 　　｜A

13、∪B∪C｜＝M1＋M2+…＋M7 　?。剑∕1＋M4＋M6＋M7）+（M2＋M4＋M5＋M7）+（M3＋M5＋M6＋M7）-[（M4+M7）+（M5+M7）+（M6＋M7）]＋M7 　?。剑麬｜＋｜B｜＋｜C｜-｜A∩B｜-｜B∩C｜-｜A∩C｜+｜A∩B∩C｜， 　　即公式（2）成立。 　　事實上這個規(guī)律還可推廣到按多種性質(zhì)來分類的情形.設(shè)集合M中的每個元素至少具有t種性質(zhì)中的一種，用n1表示各個具有1種性質(zhì)的集合中的元素個數(shù)的和，n2表示各個具有2種性質(zhì)的集合中元素個數(shù)的和，…，nt表示具有t種性質(zhì)的集合中元素的個數(shù)，則集合M中元素的個數(shù)m為： 　　m=n1-n2＋n3-n4+…

14、±nt 　　最后一項當t為偶數(shù)時取“-”號，否則取“＋”號。 例9 某校有學生960人，其中510人訂閱“中國少年報”，330人訂閱“少年文藝”，120人訂閱“中小學數(shù)學教學報”；其中有270人訂閱兩種報刊，有58人訂閱三種報刊.問這個學校中沒有訂閱任何報刊的學生有多少人？ 　　解：設(shè)A＝｛訂“中國少年報”的學生｝， 　　B=｛訂“少年文藝”的學生｝， 　　C=｛訂“中小學數(shù)學教學報”的學生｝， 　　I=｛全校學生｝， =212（人）。 　　答：全校有212名學生沒訂閱任何報刊。 　　解：如右圖，設(shè)這次競賽共有k道題，用集合A、B分別表示甲、乙答錯的題目.圖中字母a、b、c、

15、d分別表示集合A、B在全部題目作成的集合I中形成的各個無重復部分的元素個數(shù)，可見d為問題所求.依題意列方程： 　　注意到a、b、c、d均表示題目的道數(shù)，應(yīng)為自然數(shù)或零，因此k為12的倍數(shù)：12、24、…. 　　∴k=12，b＝1，c＝2，a=1，d=12-（a＋b＋c）=12-（1＋2＋1）=8（道）。答：甲、乙兩人都對的題共8道。 習題十二 　　1. 某班有50人，會游泳的有27人，會體操的有18人，都不會的有15人.問既會游泳又會體操的有多少人？ 　　2. 在1～1000這1000個自然數(shù)中，不能被2、3、5中任何一個數(shù)整除的數(shù)有多少個？ 　　3. 五環(huán)圖中每一個環(huán)內(nèi)徑為4厘米，外徑為5厘米.其中兩兩相交的小曲邊四邊形（圖中陰影部分）的面積相等.已知五個圓環(huán)蓋住的總面積是122.5平方厘米.求每個小曲邊四邊形的面積。 　　4. 某班全體學生進行短跑、游泳和籃球三項測驗，有4個學生這三項均未達到優(yōu)秀，其余每人至少一項達到優(yōu)秀，這部分學生達到優(yōu)秀的項目及人數(shù)如下表： 　　問這個班有多少名學生？ 　　5．有100位學生回答A、B兩題.A、B兩題都沒回答對的有10人，有75人答對A題，83人答對B題，問有多少人A、B兩題都答對？ 第 6 頁