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1、第29講 抽屜原理(一)
一、知識要點
如果給你5盒餅干,讓你把它們放到4個抽屜里,那么可以肯定有一個抽屜里至少有2盒餅干。如果把4封信投到3個郵箱中,那么可以肯定有一個郵箱中至少有2封信。如果把3本聯(lián)練習冊分給兩位同學,那么可以肯定其中有一位同學至少分到2本練習冊。這些簡單內(nèi)的例子就是數(shù)學中的“抽屜原理”。
基本的抽屜原理有兩條:(1)如果把x+k(k≥1)個元素放到x個抽屜里,那么至少有一個抽屜里含有2個或2個以上的元素。(2)如果把m×x×k(x>k≥1)個元素放到x個抽屜里,那么至少有一個抽屜里含有m+1個或更多個元素。
利用抽屜原理解題時要注意區(qū)分哪些是“抽屜”?哪些是“元素
2、”?然后按以下步驟解答:a、構造抽屜,指出元素。b、把元素放入(或取出)抽屜。C、說明理由,得出結論。
本周我們先來學習第(1)條原理及其應用。
二、精講精練
【例題1】某校六年級有學生367人,請問有沒有兩個學生的生日是同一天?為什么?
把一年中的天數(shù)看成是抽屜,把學生人數(shù)看成是元素。把367個元素放到366個抽屜中,至少有一個抽屜中有2個元素,即至少有兩個學生的生日是同一天。
平年一年有365天,閏年一年有366天。把天數(shù)看做抽屜,共366個抽屜。把367個人分別放入366個抽屜中,至少在一個抽屜里有兩個人,因此,肯定有兩個學生的生日是同一天。
練習1:
1、某校有370名1
3、992年出生的學生,其中至少有2個學生的生日是同一天,為什么?
2、某校有30名學生是2月份出生的,能否至少有兩個學生生日是在同一天?
3、15個小朋友中,至少有幾個小朋友在同一個月出生?
【例題2】某班學生去買語文書、數(shù)學書、外語書。買書的情況是:有買一本的、二本的、也有三本的,問至少要去幾位學生才能保證一定有兩位同學買到相同的書(每種書最多買一本)?
首先考慮買書的幾種可能性,買一本、二半、三本共有7種類型,把7種類型看成7個抽屜,去的人數(shù)看成元素。要保證至少有一個抽屜里有2人,那么去的人數(shù)應大于抽屜數(shù)。所以至少要去7+1=8(個)學生才能保證一定有兩位
4、同學買到相同的書。
買書的類型有:
買一本的:有語文、數(shù)學、外語3種。
買二本的:有語文和數(shù)學、語文和外語、數(shù)學和外語3種。
買三本的:有語文、數(shù)學和外語1種。
3+3+1=7(種)把7種類型看做7個抽屜,要保證一定有兩位同學買到相同的書,至少要去8位學生。
練習2:
1、某班學生去買語文書、數(shù)學書、外語書、美術書、自然書。買書的情況是:有買一本的、二本的、三本或四本的。,問至少要去幾位學生才能保證一定有兩位同學買到相同的書(每種書最多買一本)?
2、學校圖書室有歷史、文藝、科普三種圖書。每個學生從中任意借兩本,那么至少要幾個同學才能保證一定有兩人所借的圖書屬于同一
5、種?
3、一只袋中裝有許多規(guī)格相同但顏色不同的玻璃珠子,顏色有綠、紅、黃三種,問最少要取出多少個珠子才能保證有兩個同色的?
【例題3】一只袋中裝有許多規(guī)格相同但顏色不同的手套,顏色有黑、紅、藍、黃四種。問最少要摸出多少只手套才能保證有3副同色的?
把四種不同的顏色看成是4個抽屜,把手套看成是元素,要保證有1副同色的,就是1個抽屜里至少有2只手套,根據(jù)抽屜原理,最少要摸出5只手套。這時拿出1副同色的后,4個抽屜中還剩下3只手套。再根據(jù)抽屜原理,只要再摸出2只手套又能保證有一副手套是同色的,以此類推。
把四種顏色看成是4個抽屜,要保證有3副同色的,先考慮保證
6、有一副就要摸出5只手套。這時拿出1副同色的后,4個抽屜中還剩下3只手套。根據(jù)抽屜原理,只要再摸出2只手套又能保證有一副手套是同色的。以此類推,要保證有3副同色的,共摸出的手套有
5+2+2=9(只)
答:最少要摸出9只手套才能保證有3副同色的。
練習3:
1、一只袋中裝有許多規(guī)格相同但顏色不同的手套,顏色有黑、紅、藍、黃四種。問最少要摸出多少只手套才能保證有4副同色的?
2、布袋中有同樣規(guī)格但顏色不同的襪子若干只。顏色有白、黑、藍三種。問:最少要摸出多少只襪子,才能保證有3雙同色的?
3、一個布袋里有紅、黃、藍色襪子各8只
7、。每次從布袋中拿出一只襪子,最少要拿出多少只才能保證其中至少有2雙不同襪子?
【例題4】任意5個不相同的自然數(shù),其中至少有兩個數(shù)的差是4的倍數(shù),這是為什么?
一個自然數(shù)除以4的余數(shù)只能是0,1,2,3。如果有2個自然數(shù)除以4的余數(shù)相同,那么這兩個自然數(shù)的差就是4的倍數(shù)。
一個自然數(shù)除以4的余數(shù)可能是0,1,2,3,所以,把這4種情況看做時個抽屜,把任意5個不相同的自然數(shù)看做5個元素,再根據(jù)抽屜原理,必有一個抽屜中至少有2個數(shù),而這兩個數(shù)的余數(shù)是相同的,它們的差一定是4的倍數(shù)。所以,任意5個不相同的自然數(shù),其中至少有兩個數(shù)的差是4的倍數(shù)。
練習4:
1、任意
8、6個不相同的自然數(shù),其中至少有兩個數(shù)的差是5的倍數(shù),這是為什么?
2、任意取幾個不相同的自然數(shù),才能保證至少有兩個數(shù)的差是8的倍數(shù)?
3、證明在任意的(n+1)個不相同的自然數(shù)中,必有兩個數(shù)之差為n的倍數(shù)。
【例題5】能否在圖29-1的5行5列方格表的每個空格中,分別填上1,2,3這三個數(shù)中的任一個,使得每行、每列及對角線AD、BC上的各個數(shù)的和互不相同?
由圖29-1可知:所有空格中只能填寫1或2或3。因此每行、每列、每條對角線上的5個數(shù)的和最小是1×5=5,最大是3×5=15。從5到15共有11個互不相同的整數(shù)值,把這11個值看承11個抽
9、屜,把每行、每列及每條對角線上的各個數(shù)的和看承元素,只要考慮元素和抽屜的個數(shù)就可得出結論是不可能的。因為每行、每列、每條對角線上的5個數(shù)的和最小是5,最大是15,從5到15共有11個互不相同的整數(shù)值。而5行、5列及兩條對角線上的各個數(shù)的和共有12個,所以,這12條線上的各個數(shù)的和至少有兩個是相同的。
練習5:
1、能否在6行6列方格表的每個空格中,分別填上1,2,3這三個數(shù)中的任一個,使得每行、每列及對角線上的各個數(shù)的和互不相同?為什么?
2、證明在8×8的方格表的每個空格中,分別填上3,4,5這三個數(shù)中的任一個,在每行、每列及對角線上的各個數(shù)的和中至少有兩個和是相同的。
3、在3×9的方格圖中(如圖29-2所示),將每一個小方格涂上紅色或者藍色,不論如何涂色,其中至少有兩列的涂色方式相同。這是為什么?