五年级三大原理抽屉原理教师版.doc
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1、抽屉原理知识要点最不利原则所谓“最不利原则”是指完成某一项工作先从最不利的情况下考虑,然后研究任意情况下可能的结果。由此得到充分可靠的结论。抽屉原理 又称鸽巢原理或Dirichlet原理抽屉原理有时也被称为鸽笼原理,它由德国数学家狄利克雷首先明确提出来并用来证明一些数论中的问题,因此,也被称为狄利克雷原则。抽屉原理是组合数学中一个重要而又基本的数学原理,利用它可以解决许多有趣的问题,并且常常能够起到令人惊奇的作用。许多看起来相当复杂,甚至无从下手的问题,在利用抽屉原理后,能很快使问题得到解决。第一抽屉原理:一、将多于件的物品任意放到个抽屉中,那么至少有一个抽屉中的物品不少于件;二、将多于件的物
2、品任意放到个抽屉中,那么至少有一个抽屉中的物品不少于件。第二抽屉原理:一、将少于件的物品任意放到个抽屉中,其中必有一个抽屉中没有物体。二、把个物体放入个抽屉,其中必有一个抽屉中至多有个物体。平均值原理:如果个数的平均值为,那么其中至少有一个数不大于,也至少有一个不小于。运用抽屉原理求解的较为复杂的组合计算与证明问题这里不仅“抽屉”与“苹果”需要恰当地设计与选取,而且有时还应构造出达到最佳状态的例子抽屉原理的解题方案(一)、利用公式进行解题苹果抽屉商余数余数:(1)余数1, 结论:至少有(商1)个苹果在同一个抽屉里 (2)余数, 结论:至少有(商1)个苹果在同一个抽屉里 (3)余数0, 结论:至
3、少有“商”个苹果在同一个抽屉里(二)、利用最值原理解题将题目中没有阐明的量进行极限讨论,将复杂的题目变得非常简单,也就是常说的极限思想“任我意”方法、特殊值方法抽屉原理【例1】 数学兴趣小组共人,有一个同学在某一天对大家宣布一个猜想:“我们中间必定有两个人生日处在同一个月份”,你知道他是怎么知道的吗?【分析】 因为数学兴趣小组的人数超过了个人,而一年中只有个月份,根据抽屉原理一,他就可以得出以上结论了。【例2】 某小学有名学生,证明其中必定有两名学生是同一天的生日。【分析】 一年至多是天,把这些不同日期看作是抽屉,将名同学看作是物体,把个物体放在不超过个抽屉里面,至少有一个抽屉的物品不少于个,
4、也就是说这两个物体所代表的同学就是同一天的生日。【例3】 有个小朋友特别勤奋,在暑假里每天都会做奥数题,已知他一共做了道,妈妈说假期中他过生日那天不止做了一道数学题。问他这个假期最多有多少天?【分析】 根据抽屉原理,如果假期里面的每天看作是抽屉,把道题看作是物品,因为知道每个抽屉都有物品并且某个抽屉中放的物品不少于件,所以抽屉数一定小于,所以抽屉数至多是,也就是说假期最多有天。 【例4】 个小朋友等着老师派发苹果,老师拿着苹果箱对大家说:“你们其中至少有一个小朋友可以拿到不少于两个的苹果”,请问老师至少需要准备多少个苹果?【分析】 根据抽屉原理一,老师准备的苹果数必须比小朋友总人数多,因此至少
5、需要准备个苹果。【例5】 妈妈给小明买了个苹果,要求小明每天都要吃苹果,已知小明至少有一天吃了不止一个苹果,问小明最多能吃多少天?【分析】 根据抽屉原理知道,只有天数比苹果数少才能保证小明至少有一天可以吃不止一个苹果,那么小明最多可以吃天。【例6】 (第九届“中环杯”小学生思维能力训练活动五年级初赛动手动脑题第3题)能否在行列的方格表的每个空格中分别填入这三个数中的任何一个,使得每行、每列及对角线上的各个数的和互不相同?为什么?【分析】 不可能。因为每行每列每对角线上的和最小为,和最大为,共有个互不相同的数,而行、列和两条对角线上共有个和,根据抽屉原理,必定有两个和是相等的。【例7】 用数字填
6、满一个的方格表,如图所示,每个小方格只填其中一个数字,将每一个的正方格的四个数之和称为这个正方格的“标示数”。问:能否给出一种填法,使得任意两个“标示数”均不相同?如果能,请举出一例;如果不能,请说明理由。【分析】 因为的正方格共有个,又因为用数字填入的正方格中,标示数只能是这种不同的情况,即有个抽屉,因为共有个标示数,所以根据抽屉原理,必定有两个标示数是相同的。【例8】 证明:任意个人中,至少有个人的属相相同。【分析】 把个属相看作是个抽屉,把个人看作是个苹果,因为,根据抽屉原理二,至少有一个抽屉有不少于个苹果,即相应的至少有个人是相同的属相。【例9】 一群人参加集体聚会,要想保证至少有个人
7、属相相同,那么参加聚会的人不得少于多少人?【分析】 如果把个属相看作是个抽屉,那么根据抽屉原理二,至少需要人参加聚会才可以保证有至少个人属相相同。【例10】 新年晚会上,老师让每位同学从一个装有许多玻璃球的口袋中摸出两个球,这些球给人的手感相同,只有红、黄、白、蓝、绿五种颜色之分(摸球时看不见颜色),结果发现总有个人取出的球相同,由此可知,参加取球的至少有几个人?【分析】 取出两个球共有多少种不同的颜色呢?如果两种球颜色相同,那么共有种方法数,如果两种球颜色不同,则共有种方法数,所以取出两个球的方法数是种,即有个抽屉,根据抽屉原理可知,参加取球的至少有人。【例11】 一副扑克牌,共,问至少从中
8、摸出多少牌才能保证有牌的花色相同?【分析】 从最坏的情况考虑:先摸出两牌,分别是大王和小王,然后再把四种花色各摸出四,此时一共摸出牌,如果再摸一就会出现至少有牌的花色相同,即至少需要摸出牌才可以保证至少有牌的花色相同。【例12】 一副的扑克牌,至少需要摸出多少,才可以保证所有花色的牌都有?【分析】 从最坏的情况考虑:先摸出两王牌,然后挑选三种花色摸光,此时一共摸了牌,再摸一就可以保证所有花色的牌都有。【例13】 一副的扑克牌,至少需要摸出多少,才可以保证有梅花和红桃?【分析】 从最坏的情况考虑:先摸出两王牌,然后摸出所有的方块和黑桃,共计牌,接着就是最关键也是最容易出错的地方,那就是什么是最坏
9、的情况。因为要保证有梅花和红桃,所以我们只需要不符合其中一个即可,比如摸到了梅花和红桃就是不符合要求的(想想看为什么红桃和梅花为什么不是最坏的情况?),但是如果再摸一就必定符合要求了,所以至少需要摸出。【例14】 布袋中有编号为的形状大小完全一样的小球个,其中编号为的小球有个,为了保证将取出的球组合出数字“”,问至少需要取出多少个球?【分析】 因为要求取出一个“”和三个“”,所以我们考虑最坏的情况,把编号为的所有的球全部取出来,即有个球,此时还是显然无法满足题目要求,这个时候再取出九个“”或者两个“”和一个“”,还是无法满足要求,如果再取一个就符合要求,即至少需要取出个球。【例15】 (第七届
10、中环杯五年级初赛)一只魔袋里装有种不同颜色的魔球各只,现在请你闭上眼睛到袋中去摸球,每次限摸只,要使摸出的球至少有三种颜色是不少于只的,那么至少要摸多少次?【分析】 这题是比较典型的最不利原则的题型,最坏的情况就是有两种颜色的魔球都取完了,其他种颜色的魔球都去了只,这时只有再取一只球就能凑足有三种颜色是不少于只,所以至少应该摸次。【例16】 请证明:在中任选个数,其中至少有不同的两组数,其和等于。【分析】 共个数分成组如下:,共个抽屉,从中任意选取个数,至少有个数来自前个抽屉,所以至少有个数取自某两个抽屉,而属于同一个抽屉的两个数的和是,所以问题得证。【例17】 从这个数中任意选取个数,证明:
11、必有一个数是另一个数的倍数。【分析】 把这个数分成组,看作是个抽屉,分别是,从这个抽屉中选取个数,则必定有两个数在同一个抽屉中,而同一个抽屉中的任意两个数都满足倍数关系,所以必有一个数是另一个数的倍数。【例18】 学校有个同学参加数学竞赛,已知将参赛同学任意分成四组,则必有一组的女生多于人,又知参赛者中任何人中必定有男生,求参赛的男生人数是多少?【分析】 因为参赛者中任何人中必定有男生,所以女生人数必定不超过人。另一方面,因为任意分成四组,必定有一组女生不少于人,所以女生人数多于人,于是女生人数是个,男生人数是个。【例19】 平面上给定个点,没有个点在一条直线上,证明:用这些点做顶点所组成的一
12、切三角形中,一定有一个三角形,它的最大边是另外一个三角形的最小边。【分析】 首先我们先将每一个三角形的最大边染色成红色的,将其他所有没有染色的边染成蓝色的。设这六个点是,则在连出的五条线中必定有三条线颜色相同,假设颜色相同,如果三个点之间的两两连线有颜色与相同的,那么这两个点和点组成的三角形的边颜色就相同了,如果三个点之间的两两连线的颜色与都不相同,那么三点组成的三角形的颜色就相同了,也就是说在这六个点组成的三角形中必定存在同色三角形,因为这个三角形一定有最大边,所以这个同色三角形必定是红色三角形,那么这个三角形的最小边必定是红色,从而它必定是另外某一个三角形的最大边,也就是说这条边既是某个三
13、角形的最大边,也是某个三角形的最小边。【例20】 平面上有个点,两两连线,每条线段染红、黄、蓝三种颜色中的一种,这些线段能构成若干个三角形证明:一定有一个三角形三边的颜色相同【分析】 从这个点钟任取一个点,把点与其它个点相连可以得到条线段,根据抽屉原理,其中同色的线段至少有条,不妨设为红色考虑这条线段的除点外的个端点:如果个点两两之间有条红色线段,那么就有个红色三角形符合条件;如果个点之间没有红色线段,也就是全为黄色和蓝色,由上面的例题可知,这个点中必有个点,它们之间的线段的颜色相同,那么这样的三角形就符合条件综上所述,一定存在一个三角形满足题目要求复杂的抽屉原理【例1】 幼儿园买来许多牛、马
14、、羊、狗塑料玩具,每个小朋友任意选择两件,但不能是同样的,问:至少有多少个小朋友去拿,才能保证有两人所拿玩具相同?【分析】 从四种玩具中挑选不同的两件,所有的搭配有以下组:牛、马;牛、羊;牛、狗;马、羊;马、狗;羊、狗个。把每一组搭配看作一个“抽屉”,共个抽屉根据抽屉原理,至少要有个小朋友去拿,才能保证有两人所拿玩具相同。【例2】 体育用品的仓库里有许多的足球、篮球和排球,有个同学来仓库拿球,要求每个人至少拿一个,最多拿两个球,问至少有多少名同学所拿球的种类完全一样?【分析】 以拿球配组的方式为抽屉,每人拿一个或者两个球,所以抽屉有:足,篮,排,足足,篮篮,排排,足篮,足排,篮排共种情况,即有
15、个抽屉,则:,于是至少有个同学所拿球的种类是一样的。【例3】 (第九届中环杯五年级)能否在行列的方格表的每个空格中分别填入这三个数中的任何一个,使得每行、每列及对角线上的各个数的和互不相同?为什么?【分析】 不可能。因为每行每列每对角线上的和最小为,和最大为,共有个互不相同的数,而行、列和两条对角线上共有个和,根据抽屉原理,必定有两个和是相等的。【例4】 在边长为米的正方形中,任意放个点,求证:必定有四个点,以它们为顶点的四边形的面积不超过平方米。【分析】 将大正方形分成个边长为的小正方形,则把个小正方形看作是抽屉,有,从而必定有个点处于同一个抽屉,也就是这四个点在同一个小正方形里面,由于每个
16、小正方形面积都不超过平方米,所以这四个点组成的四边形的面积也必定不超过平方米。【例5】 在边长为米的正方形中,任意放个每三点都不共线的点,求证:必定有三个点,以它们为顶点的三角形的面积不超过平方米。【分析】 把正方形分成等分成四个边长为的小正方形,因为,那么根据抽屉原理必定有三个点处在同一个小正方形里面,我们来证明这三个点所组成的三角形的面积不超过小正方形面积的一半。如图所示,如果三角形有一条边与小正方形的边平行,那么这个以这个边为底,作三角形的高,显然底和高都不超过小正方形的边长,从而面积必定不超过小正方形面积的一半;如果三角形任意一条边都不与小正方形的边平行,那么过其中一个顶点作边的平行线
17、,与顶点所对应的边交于一点,以这两点连线所在线段为底,三角形分成两个同底的三角形,它们的高加起来不超过正方形的边长,而这个底也不超过正方形的边长,所以其面积必定不超过正方形面积的一半。由此我们知道三角形的面积不超过平方米。【例6】 从这个数中任意选取个数,证明:必有一个数是另一个数的倍数。【分析】 把这个数分成组,看作是个抽屉,分别是,从这个抽屉中选取个数,则必定有两个数在同一个抽屉中,而同一个抽屉中的任意两个数都满足倍数关系,所以必有一个数是另一个数的倍数。【例7】 从1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12中最多能选出几个数,使得在选出的数中,每一个数都不是另一个数的2倍?【分
18、析】 (方法一)直接从1开始选1,3,4,5,7,9,11,12,这样可以选出8个数; 而从2开始选2,3,5,7,8,9,11,12,这样也是可以选出8个数 3包含在组,因此只用考虑这两种情况即可 所以,在满足题意情况下,最多可以选出8个数( 方法二)我们知道选多少个奇数均满足,有1,3,5,7,9,11均为奇数,并且有偶数中4的倍数,但不是8的倍数的也满足,有4,12是这样的数所以,在满足题意情况下最多可以选出8个数【例8】 (全国小学数学奥林匹克初赛)从1,3,5,7,97,99中最多可以选出多少个数,使得选出的数中,每一个数都不是另一个数的倍数?【分析】 (方法一)因为均是奇数,所以如
19、果存在倍数关系,那么也一定是3、5、7等奇数倍. 333:99,于是从35开始,199的奇数中没有一个是3599的奇数倍(不包括1倍),所以选出35,37,39,99这些奇数即可 共可选出33个数,使得选出的数中,每一个数都不是另一个数的倍数 (方法二)利用3的若干次幂与质数的乘积对这50个奇数分组 (1,3,9,27,81),(5,15,45),(7,21,63),(11,33),(13,39),(17,51),(19,57),(23,69),(25,75),(29,87),(31,93),(35),(37),(41),(43),(97)共33组 前11组,每组任意两个数都存在倍数关系,所以
20、每组最多只能选择一个数 即最多可以选出33个数,使得选出的数中,每一个数都不是另一个数的倍数12n个自然数中,任意取出n+1个数,则其中必定有两个数,它们一个是另一个的整数倍;从2,3,2n+1中任取n+2个数,必有两个数,它们一个是另一个的整数倍;从1,2,33n中任取2n+1个数,则其中必有两个数,它们中一个是另一个的整数倍,且至少是3倍;从1,2,3, mn中任取(m-1)n+1个数,则其中必有两个数,它们中一个是另一个的整数倍,且至少是m倍(m、n为正整数)。【例9】 甲、乙二人分别为一个正方形的条棱涂红、绿种颜色。首先,甲任选条棱并把它们涂上红色;然后,乙任选另外条棱并涂上绿色;接着
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