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【奧數課堂】枚舉問題例談

2008-05-07 14:00:57      下載試卷

在數學問題中,有一些需要計算總數或種類的趣題,因其數量關系比較隱蔽,很難找到“正統”的方式解答,讓人感到無從下手。對此,我們可以先初步估計其數目的大小。若數目不是太大,就按照一定的順序,一一列舉問題的可能情況;若數目過大,并且問題繁雜。我們就抓住對象的特征,選擇恰當的標準,把問題分為不重復、不遺漏的有限種情形,通過一一列舉或計數,最終達到解決目的。這就是枚舉法,也叫做列舉法或窮舉法。為了便于掌握,根據這類題的特點,我們可以分成如下幾類:

  一、列表枚舉

  特點是有條理,不易重復或遺漏,使人一目了然。適用于所求的對象為有限個。

  例1 有一張伍圓幣,4張貳圓幣,8張壹圓幣。要拿出8元,可以有多少種不同的拿法?

  分析與解答 如果隨便拿出8元,那是比較容易做到的。但要把所有的情況都想到,并且做到不重復、不遺漏,可以按伍圓、貳圓、壹圓的順序來列表枚舉。

 

  二、畫圖枚舉

  為了更清楚地表示出所有可能的情形。用畫樹圖枚舉法,能做到形象直觀,條理分明,簡煉易懂。特別適用于找出所有的情形或結果。

  例2 暑假里,一個學生在A、B、C三個城市游覽。他今天在這個城市,明天就到另一個城市。假如他第一天在A市,第五天又回到A市,問他有幾種不同的游覽方案?

  分析與解答 根據游覽要求,第二天可能是B市或C市,若為B市,第三天又可能是A市或C市;若為C市,第三天可能是A市或B市……如此考慮,極可能會把自己弄糊涂了。但畫一個樹形圖,則會清晰明了地顯示出所有的游覽方案:

  從樹形圖(圖1)中可以看出:在三個城市游覽,第五天回到A市,只有4種符合要求的方案。

  三、標數枚舉

  例3 如圖2,在中國象棋盤上,紅兵要走最短的距離到對方老將處,共有多少種不同的走法?

  分析與解答 紅兵要走最短的距離到老將處,只能向下向右。因此圖2可簡化為圖3。兵走過第一排各點、第一列各點處都是1種走法,在各點處分別標上“1”;經過第二排、第二列各點時,走法則是它前邊相鄰兩點走法的總和……依次標數如圖4,共得到15種不同的走法。

  運用該方法的關鍵,是要找準后面每一點的前面相鄰兩點的數目。

  當然,此題還可以這樣考慮:由題意可知,紅兵到對方將處的各條最短路線中,都必須先后經過兩小橫段與四小豎段。這實際上是它們之間相距最近的不同的組合問題,可得解如下:

  

  四、例推枚舉 適用于規律性強,情形較多的題。可以避免許多相似的列舉,簡化解答過程。

  例4 從1到100的自然數中,每次取出兩個數,要使它們的和大于100,共有多少種取法?

  分析與解答 在1到100中,每次取出兩個數,使它們和大于100,取法肯定繁多。但其中一定有一個較小的數,因此我們可以采用例舉類推法,通過枚舉較小數的所有可能性來例舉分析,類推解答。

  較小的數是1,只有一種取法,即[1,100]。

  較小的數是2,有兩種取法,即[2,99]、[2,100]。

  較小的數是3,有三種取法,即[3,98]、[3,99]、[3,100]。

  ……

  較小的數是50,有50種取法,即[50,51]、[50,52]……[50,100]。

  較小的數是51,有49種取法,即[51,52]、[51,53]……[51,100]。

  ……

  較小的數是99的只有一種取法,即[99,100]。

  因此一共有:1+2+3+……+50+49+……+2+1=502=2500(種)。

  五、公式枚舉 此法比較適合于題目涉及的對象比較富有規律性,且情形繁多,數目很大,不宜用逐一列舉來解。但通過適當的分類,逐一分析后,可利用公式解答。

  例5 用5種顏色染方格圖(2×2),要求每個小格染同一種顏色,相鄰(即有公共邊的)方格要染不同的顏色。有幾種不同的染色方法?

  分析與解答 此題可分四步染色:左上角先染色,有5種顏色可以選擇,再染右上角,有4種顏色可選,接著染左下角,如果與右上角同色,則最后一格可有4種顏色選擇;如果左下角與右上角不同色,則最后只剩3種顏色可選。此時不必逐一或分類列舉,可借用乘法、加法原理得到:5×4×4+5×4×3×3=80+180=260(種)。

  綜上所述可以看出,前三種方法適合于數目、種類不很繁雜的題;后兩種比較適用于可能情形及答案較多,需分類枚舉的,這是我們應重點學習掌握的。分析時應盡量做到分類全面、不重不漏。

來源:網友投稿

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