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抽屜原理——看完這篇你就都懂了

 happymanlla 2023-09-02 發(fā)布于山東

      抽屜原理是小學(xué)奧數(shù)、初中入學(xué)分班考、奧數(shù)競(jìng)賽等場(chǎng)合經(jīng)常會(huì)遇到的一類題型。整體上來(lái)說(shuō),對(duì)于普通孩子,遇到這類題容易拉分?jǐn)?shù),原因在于原理本身太抽象,應(yīng)用五花八門,考場(chǎng)思考時(shí)間有限,很多孩子選擇了放棄。

其實(shí),只要看過(guò)這篇,往后這類題就是你的得分點(diǎn)了!

一、抽屜原理的表述

1.將多于n個(gè)蘋果任意放到n個(gè)抽屜里,那么至少有一個(gè)抽屜中的蘋果個(gè)數(shù)不少于2個(gè)。(最常用到)

2.將多于m*n個(gè)蘋果任意放到n個(gè)抽屜中,那么至少有一個(gè)抽屜中的蘋果個(gè)數(shù)不少于m+1。(1理解了,這個(gè)就不難)

3.將無(wú)窮多個(gè)蘋果任意放到n個(gè)抽屜中,那么至少有一個(gè)抽屜中有無(wú)窮多個(gè)蘋果。(考試中不太會(huì)用到)

我們對(duì)原理1稍作分析:

抽屜原理1的圖文表述

有了1打底,原理2就好理解了。

抽屜原理2的圖文表述

通常,使用抽屜原理的題目,題中都會(huì)出現(xiàn)“至少……”“總是……”的表示,這種表述換句話說(shuō),就是“即便是出現(xiàn)最不利的情況,也能夠滿足……”。比如,“已知參賽者中任何10人里都至少有一名男生”,就等于“我已經(jīng)盡我最大努力選女生了,還是不可避免的要選一名男生”;“至少任意取出多少個(gè)數(shù),才能保證有2個(gè)數(shù)的和是52”,就等于“我盡量避免每次取出的數(shù)和已取的數(shù)相加等于52,直到取到第多少個(gè)數(shù)時(shí),這種情況就無(wú)可避免了”。

我們先帶著“找最不利情況”的思路看幾道題。

例1. 30名學(xué)生參加數(shù)學(xué)競(jìng)賽,已知參賽者中任何10人里都至少有一名男生,那么男生至少有()人。

分析:“至少有1名男生”,最不利的情況是只有1名男生,那么對(duì)應(yīng)的女生人數(shù)是9,男生人數(shù)至少有30-(10-1)=21人。

例2. 一副撲克牌有54張,至少抽取()張撲克牌,方能使其中至少有兩張牌有相同點(diǎn)數(shù)。(大小鬼不相同)

分析:按照最不利的情況設(shè)想,假設(shè)每次取出的撲克牌點(diǎn)數(shù)都不相同,最多一共可以取1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,J,Q,K,小鬼,大鬼,15張不一樣點(diǎn)數(shù)的牌,那么當(dāng)取第16張時(shí),一定會(huì)與之前的某一張點(diǎn)數(shù)相同。答案16。

這兩道題的最不利情況相對(duì)簡(jiǎn)單,我們?cè)倏纯聪旅孢@道題。

例3. 新年晚會(huì)上,老師讓每位同學(xué)從一個(gè)裝有許多玻璃球的口袋中摸2個(gè)球,這些球給人的手感相同,只有紅、黃、白、藍(lán)、綠之分,結(jié)果發(fā)現(xiàn)總有2個(gè)人取的球顏色相同。由此可知,參加取球的至少有()人。

分析:這道題我們的研究對(duì)象是球的顏色的組合。最不利情況是,前面大家取的球顏色各不相同,摸出2個(gè)球,兩球顏色組合一共有15種,(紅、紅),(黃、黃),(白、白),(藍(lán)、藍(lán)),(綠、綠),(紅、黃),(紅、白),(紅、藍(lán)),(紅、綠),(黃、白),(黃、藍(lán)),(黃、綠),(白、藍(lán)),(白、綠),(藍(lán)、綠)共15種,前面15個(gè)人各摸了一種情況,第16個(gè)人摸的時(shí)候,必然會(huì)和前面的15個(gè)中的一個(gè)情況是一樣的。所以參加取球的至少有16個(gè)人。填16。

例4. 現(xiàn)在有64個(gè)乒乓球,18個(gè)乒乓球盒,每個(gè)盒子最多可以放6個(gè)乒乓球(最少也要放1個(gè)乒乓球),至少有()個(gè)乒乓球盒子里的乒乓球數(shù)目相同。

分析:這道題的研究對(duì)象是乒乓球盒子里的乒乓球數(shù)目。按照最不利原則,前面1-6個(gè)乒乓球盒子里的乒乓球個(gè)數(shù)互不相同,最少1個(gè),最多6個(gè),一共裝了21個(gè)球,第7-12個(gè)盒子的情況也一樣,也分別為1-6個(gè)球。第13-18個(gè)盒子也一樣。這樣撞完以后,一共裝了63個(gè)球,此時(shí)有3個(gè)盒子的乒乓球數(shù)目是一樣多的,而第64個(gè)球算上以后,則應(yīng)該有4個(gè)盒子裝的乒乓球數(shù)量一樣多。填4。

這道題看上去用到了原理2,但實(shí)際上,只要我們按照最基本的“最不利情況思路”來(lái)分析,一樣能很快得到答案。所以,原理很抽象,遇到具體題目時(shí),最深刻最便捷的還是抽屜原理本身帶給我們的思考問(wèn)題的思路。

對(duì)于更加復(fù)雜的題,我們就需要分析什么是“抽屜”,什么是“蘋果”,然后再來(lái)看取或者放蘋果的時(shí)候,那個(gè)n+1的情況是怎么發(fā)生的。

為了便于分析,我們可以把常見(jiàn)的題目分成六類。

(1)找最不利情況

(2)排列組合問(wèn)題

(3)數(shù)列問(wèn)題

(4)間隔問(wèn)題

(5)面積問(wèn)題

(6)表格問(wèn)題

其中,找最不利情況的例題我們已經(jīng)提到了,排列組合問(wèn)題也初步涉及,我們?cè)賮?lái)看一道。

(2)排列組合問(wèn)題

例5. 在一只口袋中有紅色、黃色、藍(lán)色球若干個(gè),小聰明和其他六個(gè)小朋友一起做游戲,每人可以從口袋中隨意取出2個(gè)球,試說(shuō)明,那么不管怎樣挑選,總有兩個(gè)小朋友取出的兩個(gè)球的顏色完全一樣。

分析:對(duì)照抽屜原理概念1的表述,“總有兩個(gè)小朋友”對(duì)應(yīng)的是“蘋果”,“兩個(gè)球的顏色的組合”是抽屜。

兩個(gè)球的顏色組合一共有(紅、黃),(紅、藍(lán)),(黃、藍(lán)),(紅、紅),(黃、黃),(藍(lán)、藍(lán))6種,相當(dāng)于一共有6個(gè)“抽屜”,7個(gè)小朋友相關(guān)于是7個(gè)“蘋果”,7個(gè)“蘋果”放在6個(gè)“抽屜”里,至少有1個(gè)“抽屜”里有不少于2個(gè)“蘋果”。也就是說(shuō),至少有2個(gè)小朋友取出的球的顏色的組合是一樣的。

總結(jié):首先是識(shí)別題目類型,排列組合類問(wèn)題最大的特點(diǎn)是題目中有“摸”、“涂色”之類字眼,可能性來(lái)自于人的操作。看清題,仔細(xì)列出所有的可能性,一般可能性都不會(huì)太復(fù)雜,枚舉就可以完成。

(3)數(shù)列問(wèn)題

例6. 從1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12中至多選出多少個(gè)數(shù),使得在選出的數(shù)中,每一個(gè)數(shù)都不是另一個(gè)數(shù)的2倍。

分析:把這12個(gè)數(shù)分成6個(gè)組:{1、2、4、8} ;{3、6、12} ;{5、10} ;{7};{9}; {11}。每組中相鄰兩數(shù)都是2倍關(guān)系,不同組中沒(méi)有2倍關(guān)系。

選沒(méi)有2倍關(guān)系的數(shù),第1組最多2個(gè)(1、4或2、8或1、8),第2組最多2個(gè)(3、12),第3組只有1個(gè),第4、5、6組都可以取,一共2+2+1+1+1+1=8個(gè)。

這道題的“抽屜”和之前的都不太一樣,我們發(fā)現(xiàn),不是每個(gè)“抽屜”里能取出的“蘋果”個(gè)數(shù)都是一樣的。也就是說(shuō),所謂“抽屜”,就是為了讓我們能對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分類,以便于按照最不利的情況來(lái)取“蘋果”。

例7. 從1到20這20個(gè)數(shù)中,任取11個(gè)不同的數(shù),必有兩個(gè)數(shù)其中一個(gè)是另一個(gè)數(shù)的倍數(shù)。

分析:對(duì)照抽屜原理的表述,“選出的數(shù)”對(duì)應(yīng)的是“蘋果”,“具有倍數(shù)關(guān)系的數(shù)的組合”是“抽屜” 。把這20個(gè)數(shù)分成以下10組,看成10個(gè)抽屜:{1、2、4、8、16};{3、6、12}; {5、10、20};{7、14};{9、18};{11};{13};{15};{17};{19}

前5個(gè)抽屜中,任意兩個(gè)數(shù)都有倍數(shù)關(guān)系。從這10個(gè)抽屜中任選11個(gè)數(shù),必有一個(gè)抽屜中要取2個(gè)數(shù),它們只能從前5個(gè)抽屜中取出,這兩個(gè)數(shù)就滿足題目要求。

例8. 從1、2、3、……、99、100這100個(gè)數(shù)中任意選出51個(gè)數(shù)。證明:(1)在這51個(gè)數(shù)中,一定有兩個(gè)數(shù)互質(zhì);(2)在這51個(gè)數(shù)中,一定有兩個(gè)數(shù)的差等于50;(3)在這51個(gè)數(shù)中,一定存在9個(gè)數(shù),它們的最大公約數(shù)大于1。

證明(1). 構(gòu)造互質(zhì)的數(shù)的組合(“51”提示,可以構(gòu)造50對(duì)),相鄰的數(shù)互質(zhì)。將這50組相鄰數(shù)作為50個(gè)抽屜,同一個(gè)抽屜內(nèi)的兩個(gè)數(shù)互質(zhì)。而現(xiàn)在取51個(gè)數(shù),則必定有兩個(gè)數(shù)在同一個(gè)抽屜,于是這兩個(gè)數(shù)互質(zhì)。

證明(2).構(gòu)造差等于50的數(shù)對(duì),(1、51),(2、52),(3、53),(4、54),……,(50、100),正好50組。將這50組數(shù)作為50個(gè)抽屜,同一個(gè)抽屜內(nèi)的兩個(gè)數(shù)差等于50。而現(xiàn)在取51個(gè)數(shù),則必定有兩個(gè)數(shù)在同一個(gè)抽屜,于是這兩個(gè)數(shù)相差50。

證明(3)將1-100按2的倍數(shù)、3的奇數(shù)倍數(shù)、既不是2又不是3的倍數(shù)的情況分組,有(2、4、6、8、……、98、100),(3、9、15、21、27、……、93、99),(5、7、11、13、17、19、23、……、95、97)這三組。第一、二、三組分別有50、17、33個(gè)元素。 最不利的情況下,51個(gè)數(shù)中有33個(gè)元素在第三組,那么剩下的18個(gè)數(shù)分到第一、二組內(nèi),那么至少有9個(gè)數(shù)在同一組。所以這9個(gè)數(shù)的最大公約數(shù)為2或3或它們的倍數(shù),顯然大于1。

例9. 有49個(gè)小孩,每人胸前有一個(gè)號(hào)碼,號(hào)碼從1到49各不相同?,F(xiàn)在請(qǐng)你挑選若干個(gè)小孩,排成一個(gè)圓圈,使任何相鄰的兩個(gè)小孩的號(hào)碼數(shù)的乘積小于100,那么你最多能挑選出多少個(gè)孩子?

這道題應(yīng)該是本篇內(nèi)容中最難理解的一道,抽屜的構(gòu)造、選數(shù)的方式,都非常難理解,需要慢慢體會(huì),也可以先跳過(guò)不看。

分析:將1-49中相乘小于100的兩個(gè)數(shù),按被乘數(shù)分成9組,如下:

(1*2)、(1*3)、(1*4)、……、(1*49)

(2*3)、(1*4)、……、(2*49)

……

(8*9)、(8*10)、(8*11)、(8*12)

(9*10)、(9*11)

因?yàn)槊總€(gè)數(shù)只能與左右兩個(gè)數(shù)相乘,也就是每個(gè)數(shù)作為被乘數(shù)或乘數(shù)最多兩次,所以每一組中最多會(huì)有兩對(duì)數(shù)出現(xiàn)在圓圈中,最多可以取出18個(gè)數(shù)對(duì),共18*2=36次,但是每個(gè)數(shù)都出現(xiàn)兩次,故出現(xiàn)了18個(gè)數(shù)。

例如:(10*9)、(9*11)、(1*8)、(8*12)、(12*7)、(7*13)、(13*6)、(6*14)、(14*5)、(5*15)、(15*4)、(4*16)、(16*3)、(3*17)、(17*2)、(2*18)、(18*1)、(1*10)。共出現(xiàn)1-18號(hào),共18個(gè)孩子。

若隨意選出19個(gè)孩子,那么共有19個(gè)號(hào)碼,由于每個(gè)號(hào)碼數(shù)要與旁邊兩數(shù)分別相乘,則會(huì)形成19個(gè)相乘的數(shù)對(duì)。

那么在9組中取出19個(gè)數(shù)時(shí),有19=9*2+1,由抽屜原理可知,必有三個(gè)數(shù)對(duì)落入同一組中,這樣某個(gè)數(shù)字會(huì)在數(shù)對(duì)中出現(xiàn)三次(或三次以上),由分析知,這是不允許的,故最多挑出18個(gè)孩子。

例10. 從1、2、3、4、……、1988、1989這些自然數(shù)中,最多可以取多少個(gè)數(shù),其中每?jī)蓚€(gè)數(shù)的差不等于4。

分析:構(gòu)造差等于4的數(shù)列

{1、5、9、……、1989}(498個(gè)數(shù)) {2、6、10、……、1986}(497個(gè)數(shù))

{3、7、11、……、1984}(497個(gè)數(shù)) {4、8、12、……、1988}(497個(gè)數(shù))

第1組中最多可以取249個(gè)數(shù),第2組最多可以取249個(gè)數(shù),第3組最多可以取249個(gè)數(shù),第4組最多可以取249個(gè)數(shù),一共可以取996個(gè)數(shù)。

在數(shù)列問(wèn)題部分,我們思考一個(gè)問(wèn)題:抽屜的構(gòu)造方式是唯一的嗎?

分析2: 每8個(gè)連續(xù)自然數(shù)中,最多只能取四個(gè)數(shù),其中每?jī)蓚€(gè)數(shù)的差不等于4.

把1989個(gè)數(shù)依次每8個(gè)分成一組,最后5個(gè)數(shù)也成一組,即

{1,2,3,4,5,6,7,8} ;

{9,10,11,12,13,14,15,16;}

……

{1977,1978,1979,1980,1981,1982,1983,1984}

{1985,1986,1987,1988,1989};

1989÷8 = 248……5

因此可以分成249組,每一組都取前4個(gè)數(shù),這樣共取出數(shù)

249×4 = 996(個(gè))

可以看出,“抽屜”的構(gòu)造方法不是唯一的。

總結(jié) :數(shù)列問(wèn)題很好識(shí)別,題目一般會(huì)要求按照某種規(guī)則取數(shù)。

取數(shù)的方法不是唯一的,重點(diǎn)在于理解例題取數(shù)的基本思路。一般來(lái)說(shuō),取數(shù)的方法和題目給的規(guī)則相關(guān),要按照規(guī)則找出一種方法,能夠不交叉地覆蓋所有的數(shù);同時(shí),注意在這些自己設(shè)計(jì)的“抽屜”里取“蘋果”的時(shí)候,有時(shí)并不是一個(gè)“抽屜”只能取一個(gè)“蘋果” 。

      

例11. 試說(shuō)明在一條長(zhǎng)100米的小路一旁植樹(shù)101棵,不管怎樣種,總有兩棵樹(shù)的距離不超過(guò)1米。

分析:把這條小路分成每段1米長(zhǎng),共100段每段看作是一個(gè)抽屜,共100個(gè)抽屜,把101棵樹(shù)看作是101個(gè)蘋果,于是101個(gè)蘋果放入100個(gè)抽屜中,至少有一個(gè)抽屜中有兩個(gè)蘋果,即至少有一段有兩棵或兩棵以上的樹(shù)。那么,這兩棵樹(shù)的距離不超過(guò)1米。

仔細(xì)思考,這段說(shuō)理夠嚴(yán)謹(jǐn)嗎?問(wèn)題出在哪里?題目中需要論證的是“距離不超過(guò)1米”,也就說(shuō)距離小于1米或等于1米,那么,這個(gè)“等于1米”的情況在我們構(gòu)造的“抽屜”中會(huì)出現(xiàn)嗎?間隔問(wèn)題的特殊之處在于,我們構(gòu)造的“抽屜”是個(gè)線段,需要對(duì)端點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行解釋。

如果兩棵樹(shù)恰好都種在端點(diǎn)處,則恰好距離1米,反之,兩棵樹(shù)的距離必然小于1米。因此,至少有兩棵樹(shù)的距離不超過(guò)1米(小于或等于1米)。

加上上面這一段,結(jié)論就更加清晰了。

例12. 在20米長(zhǎng)的水泥陽(yáng)臺(tái)上放12盆花,隨便怎樣擺放,請(qǐng)你說(shuō)明至少有兩盆花它們之間的距離小于2米。

分析:第1盆花放在一個(gè)端點(diǎn)上,第2盆花放在距第1盆花恰為2米處(這是兩盆花之間最近的距離)。第3盆花放在距離第2盆花的距離2米處,這樣每隔2米放1盆花,直到陽(yáng)臺(tái)的另一個(gè)盡頭,恰好放第11盆花?,F(xiàn)在考慮最后1盆花,它只能放在已放好的11盆花所留出的10個(gè)空檔內(nèi)了,這說(shuō)明必有兩盆花之間的距離小于2米。

總結(jié):間隔問(wèn)題一般都比較容易,只要確定間隔就可以通過(guò)簡(jiǎn)單的說(shuō)理完成。需要注意的是端點(diǎn)處的表述。如果題目給的結(jié)論包含了取到端點(diǎn)的情況,那就在具體說(shuō)明時(shí)針對(duì)這種特殊情況進(jìn)行描述,這樣可以使解答更加嚴(yán)謹(jǐn)。

(5)面積問(wèn)題

例13. 在邊長(zhǎng)為3米的正方形中,任意放入28個(gè)點(diǎn),求證:必定有四個(gè)點(diǎn),以它們?yōu)轫旤c(diǎn)的四邊形的面積不超過(guò)1平方米。

分析: 將大正方形分成9個(gè)邊長(zhǎng)為1米的小正方形,則9個(gè)小正方形為“抽屜”,有:28÷9=3……1,則必有一個(gè)小正方形里(上)至少有3+1=4(個(gè))點(diǎn),若這四個(gè)點(diǎn)恰好落在這個(gè)小正方形的四個(gè)頂點(diǎn),那么以這4個(gè)點(diǎn)為頂點(diǎn)的四邊形的面積為1平方米。綜上所述,不論怎么放,必定有四個(gè)點(diǎn),以它們?yōu)轫旤c(diǎn)的四邊形的面積不超過(guò)1平方米。

例14. 在邊長(zhǎng)為1的正方形內(nèi)任意放入九個(gè)點(diǎn),求證:存在三個(gè)點(diǎn),以這三個(gè)點(diǎn)為頂點(diǎn)三角形的面積不超過(guò)0.125。

分析:用9個(gè)點(diǎn)四等分正方形,得到四個(gè)面積都為0.25的正方形,我們把四個(gè)面積為0.25的正方形看成4個(gè)抽屜,9個(gè)點(diǎn)看成蘋果,因此必有三個(gè)點(diǎn)在一個(gè)面積為0.25的正方形內(nèi),如果這三點(diǎn)恰好是正方形的頂點(diǎn),則三角形的面積為0.125,如果這三點(diǎn)在正方形內(nèi)部,則三角形的面積小于0.125,因此存在三個(gè)點(diǎn),以這三個(gè)點(diǎn)為頂點(diǎn)的三角形的面積不超過(guò)0.125。

總結(jié):面積問(wèn)題是間隔問(wèn)題的“升級(jí)版”,難點(diǎn)在于分割圖形。一般來(lái)說(shuō),這類問(wèn)題通??梢酝ㄟ^(guò)判斷總面積和部分面積之間的倍數(shù)關(guān)系來(lái)確定如何分割。

例如,在5-1中,正方形面積9平方米(邊長(zhǎng)3米),問(wèn)句里的面積是1平方米,那么考慮把正方形分成9÷1=9等份。同理可以分析5-2,需要注意的是正方形面積和三角形面積公式差0.5倍,這樣1÷0.125=8等份,這是三角形的份數(shù),對(duì)應(yīng)的需要轉(zhuǎn)換為正方形,即4等份。

與間隔問(wèn)題類似,說(shuō)理時(shí)注意表述取頂點(diǎn)時(shí)的情況。

(7)表格填數(shù)問(wèn)題

例15. 在8*8的方格紙中,每個(gè)方格紙內(nèi)可以填上1-4四個(gè)自然數(shù)的任意一個(gè),填滿后對(duì)每個(gè)2*2“田”字形內(nèi)的四個(gè)數(shù)字求和,在這些和中,相同的和至少有幾個(gè)?

分析:先計(jì)算出在8*8的方格中,共有2*2“田”字形:7*7=49個(gè),在1-4中任取4個(gè)數(shù)(可以重復(fù))的和可以是4-16中之一,共有13種可能,根據(jù)抽屜原理:49÷13=3……10,至少有3+1=4個(gè)“田”字形內(nèi)的數(shù)字和是相同的。

例16. 能否在10行10列的方格表的每個(gè)空格中分別填上1,2,3這三個(gè)數(shù)之一,使得大正方形的每行、每列及對(duì)角線上的10個(gè)數(shù)字之和互不相同?對(duì)你的結(jié)論加以證明。

分析:大正方形的每行、每列及對(duì)角線上的10個(gè)數(shù)字之和最小是10,最大是30。因?yàn)閺?0到30之間只有21個(gè)互不相同的整數(shù)值,把這21個(gè)互不相同的數(shù)值看做21個(gè)“抽屜”,而10行、10列及兩條對(duì)角線上的數(shù)字和共有22個(gè)整數(shù)值,這樣元素的個(gè)數(shù)比抽屜的個(gè)數(shù)多1個(gè),根據(jù)抽屜原理可知,至少有兩個(gè)和同屬于一個(gè)抽屜,故要使大正方形的每行、每列及對(duì)角線上的10個(gè)數(shù)字之和互不相同是不可能的。

總結(jié) :表格問(wèn)題類似于排列組合問(wèn)題,只是“抽屜” 是由不同排列組合的數(shù)構(gòu)成的,重點(diǎn)是確定和的最小值和最大值,以及這個(gè)數(shù)列的公差,這樣就能知道一共有多少個(gè)抽屜。那么,表格按照各種規(guī)則求和(比如例題中的“田字求和”“行、列、對(duì)角線求和”)時(shí)對(duì)應(yīng)的和的個(gè)數(shù),如果大于抽屜數(shù),則必然有兩組相同。

抽屜原理是小學(xué)奧數(shù)、初中入學(xué)分班考、奧數(shù)競(jìng)賽等場(chǎng)合經(jīng)常會(huì)遇到的一類題型。整體上來(lái)說(shuō),對(duì)于普通孩子,遇到這類題容易拉分?jǐn)?shù),原因在于原理本身太抽象,應(yīng)用五花八門,考場(chǎng)思考時(shí)間有限,很多孩子選擇了放棄。

其實(shí),只要看過(guò)這篇,往后這類題就是你的得分點(diǎn)了!

接著上篇,繼續(xù)分析另三類常見(jiàn)題型。

(4)、間隔問(wèn)題

例11. 試說(shuō)明在一條長(zhǎng)100米的小路一旁植樹(shù)101棵,不管怎樣種,總有兩棵樹(shù)的距離不超過(guò)1米。

分析:把這條小路分成每段1米長(zhǎng),共100段每段看作是一個(gè)抽屜,共100個(gè)抽屜,把101棵樹(shù)看作是101個(gè)蘋果,于是101個(gè)蘋果放入100個(gè)抽屜中,至少有一個(gè)抽屜中有兩個(gè)蘋果,即至少有一段有兩棵或兩棵以上的樹(shù)。那么,這兩棵樹(shù)的距離不超過(guò)1米。

仔細(xì)思考,這段說(shuō)理夠嚴(yán)謹(jǐn)嗎?問(wèn)題出在哪里?題目中需要論證的是“距離不超過(guò)1米”,也就說(shuō)距離小于1米或等于1米,那么,這個(gè)“等于1米”的情況在我們構(gòu)造的“抽屜”中會(huì)出現(xiàn)嗎?間隔問(wèn)題的特殊之處在于,我們構(gòu)造的“抽屜”是個(gè)線段,需要對(duì)端點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行解釋。

如果兩棵樹(shù)恰好都種在端點(diǎn)處,則恰好距離1米,反之,兩棵樹(shù)的距離必然小于1米。因此,至少有兩棵樹(shù)的距離不超過(guò)1米(小于或等于1米)。

加上上面這一段,結(jié)論就更加清晰了。

例12. 在20米長(zhǎng)的水泥陽(yáng)臺(tái)上放12盆花,隨便怎樣擺放,請(qǐng)你說(shuō)明至少有兩盆花它們之間的距離小于2米。

分析:第1盆花放在一個(gè)端點(diǎn)上,第2盆花放在距第1盆花恰為2米處(這是兩盆花之間最近的距離)。第3盆花放在距離第2盆花的距離2米處,這樣每隔2米放1盆花,直到陽(yáng)臺(tái)的另一個(gè)盡頭,恰好放第11盆花?,F(xiàn)在考慮最后1盆花,它只能放在已放好的11盆花所留出的10個(gè)空檔內(nèi)了,這說(shuō)明必有兩盆花之間的距離小于2米。

總結(jié):間隔問(wèn)題一般都比較容易,只要確定間隔就可以通過(guò)簡(jiǎn)單的說(shuō)理完成。需要注意的是端點(diǎn)處的表述。如果題目給的結(jié)論包含了取到端點(diǎn)的情況,那就在具體說(shuō)明時(shí)針對(duì)這種特殊情況進(jìn)行描述,這樣可以使解答更加嚴(yán)謹(jǐn)。

(5)面積問(wèn)題

例13. 在邊長(zhǎng)為3米的正方形中,任意放入28個(gè)點(diǎn),求證:必定有四個(gè)點(diǎn),以它們?yōu)轫旤c(diǎn)的四邊形的面積不超過(guò)1平方米。

分析: 將大正方形分成9個(gè)邊長(zhǎng)為1米的小正方形,則9個(gè)小正方形為“抽屜”,有:28÷9=3……1,則必有一個(gè)小正方形里(上)至少有3+1=4(個(gè))點(diǎn),若這四個(gè)點(diǎn)恰好落在這個(gè)小正方形的四個(gè)頂點(diǎn),那么以這4個(gè)點(diǎn)為頂點(diǎn)的四邊形的面積為1平方米。綜上所述,不論怎么放,必定有四個(gè)點(diǎn),以它們?yōu)轫旤c(diǎn)的四邊形的面積不超過(guò)1平方米。

例14. 在邊長(zhǎng)為1的正方形內(nèi)任意放入九個(gè)點(diǎn),求證:存在三個(gè)點(diǎn),以這三個(gè)點(diǎn)為頂點(diǎn)三角形的面積不超過(guò)0.125。

分析:用9個(gè)點(diǎn)四等分正方形,得到四個(gè)面積都為0.25的正方形,我們把四個(gè)面積為0.25的正方形看成4個(gè)抽屜,9個(gè)點(diǎn)看成蘋果,因此必有三個(gè)點(diǎn)在一個(gè)面積為0.25的正方形內(nèi),如果這三點(diǎn)恰好是正方形的頂點(diǎn),則三角形的面積為0.125,如果這三點(diǎn)在正方形內(nèi)部,則三角形的面積小于0.125,因此存在三個(gè)點(diǎn),以這三個(gè)點(diǎn)為頂點(diǎn)的三角形的面積不超過(guò)0.125。

總結(jié):面積問(wèn)題是間隔問(wèn)題的“升級(jí)版”,難點(diǎn)在于分割圖形。一般來(lái)說(shuō),這類問(wèn)題通??梢酝ㄟ^(guò)判斷總面積和部分面積之間的倍數(shù)關(guān)系來(lái)確定如何分割。

例如,在5-1中,正方形面積9平方米(邊長(zhǎng)3米),問(wèn)句里的面積是1平方米,那么考慮把正方形分成9÷1=9等份。同理可以分析5-2,需要注意的是正方形面積和三角形面積公式差0.5倍,這樣1÷0.125=8等份,這是三角形的份數(shù),對(duì)應(yīng)的需要轉(zhuǎn)換為正方形,即4等份。

與間隔問(wèn)題類似,說(shuō)理時(shí)注意表述取頂點(diǎn)時(shí)的情況。

(7)表格填數(shù)問(wèn)題

例15. 在8*8的方格紙中,每個(gè)方格紙內(nèi)可以填上1-4四個(gè)自然數(shù)的任意一個(gè),填滿后對(duì)每個(gè)2*2“田”字形內(nèi)的四個(gè)數(shù)字求和,在這些和中,相同的和至少有幾個(gè)?

分析:先計(jì)算出在8*8的方格中,共有2*2“田”字形:7*7=49個(gè),在1-4中任取4個(gè)數(shù)(可以重復(fù))的和可以是4-16中之一,共有13種可能,根據(jù)抽屜原理:49÷13=3……10,至少有3+1=4個(gè)“田”字形內(nèi)的數(shù)字和是相同的。

例16. 能否在10行10列的方格表的每個(gè)空格中分別填上1,2,3這三個(gè)數(shù)之一,使得大正方形的每行、每列及對(duì)角線上的10個(gè)數(shù)字之和互不相同?對(duì)你的結(jié)論加以證明。

分析:大正方形的每行、每列及對(duì)角線上的10個(gè)數(shù)字之和最小是10,最大是30。因?yàn)閺?0到30之間只有21個(gè)互不相同的整數(shù)值,把這21個(gè)互不相同的數(shù)值看做21個(gè)“抽屜”,而10行、10列及兩條對(duì)角線上的數(shù)字和共有22個(gè)整數(shù)值,這樣元素的個(gè)數(shù)比抽屜的個(gè)數(shù)多1個(gè),根據(jù)抽屜原理可知,至少有兩個(gè)和同屬于一個(gè)抽屜,故要使大正方形的每行、每列及對(duì)角線上的10個(gè)數(shù)字之和互不相同是不可能的。

總結(jié) :表格問(wèn)題類似于排列組合問(wèn)題,只是“抽屜” 是由不同排列組合的數(shù)構(gòu)成的,重點(diǎn)是確定和的最小值和最大值,以及這個(gè)數(shù)列的公差,這樣就能知道一共有多少個(gè)抽屜。那么,表格按照各種規(guī)則求和(比如例題中的“田字求和”“行、列、對(duì)角線求和”)時(shí)對(duì)應(yīng)的和的個(gè)數(shù),如果大于抽屜數(shù),則必然有兩組相同。

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