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容斥原理50經典例題圖解初中

生活 更新时间:2025-01-09 15:12:48

計數問題是生活中常見的問題,在計數時,必須注意每個元素有且僅有一次記錄,既沒有重複,也沒有遺漏。一般情況下,我們會将所有元素全部計數一遍,之後再減去重複計數的部分,這就是容斥原理

容斥原理50經典例題圖解初中(澆水天數如何算)1

容斥原理的核心公式:

1、A∪B = A B- A∩B

2、A∪B∪C = A B C - A∩B - B∩C - C∩A A∩B∩C

通俗的來說:

1、兩集合條件下:元素總數=滿足集合1的個數 滿足集合2的個數-都滿足的個數

2、三集合條件下:元素總數=滿足集合1的個數 滿足集合2的個數 滿足集合3的個數-同時滿足集合1、2的個數-同時滿足集合2、3的個數-同時滿足集合1、3的個數 同時滿足集合1、2、3的個數

容斥原理50經典例題圖解初中(澆水天數如何算)2

公式看起來十分的生澀,下面找幾個例題練習一下吧。

1、園丁小王負責給甲、乙、丙三個暖房澆水。已知甲、乙、丙三個暖房分别需要每隔2、4、7天澆水一次。小王在2019年1月1日給三個暖房都澆過水了,問他在整個1月份不需要澆水的天數有幾天?

容斥原理50經典例題圖解初中(澆水天數如何算)3

分析:由于1月份共31天,數量不大,可以采取笨辦法窮舉法,如下圖所示。

容斥原理50經典例題圖解初中(澆水天數如何算)4

從上表可知不需要澆水的天數為14天。不過這是一個典型的甲、乙、丙的三集合的容斥原理問題。需要澆水的天數=每隔2天需要澆水的甲暖房天數 每隔4天需要澆水的乙暖房的天數 每隔7天需要澆水的丙暖房的天數-同時給甲、乙澆水的天數-同時給甲、丙澆水的天數-同時給乙、丙澆水的天數 同時給甲、乙、丙澆水的天數=11 7 4-3-2-1 1=17天。因此不需要澆水的天數為31-17=14天。

容斥原理50經典例題圖解初中(澆水天數如何算)5

2、外語學院某年級的135人中,同時會英語和法語的有31人,同時會英語和德語的有37人,同時會法語和德語的有16人,已知一部分人同時會三種語言,而另一部分隻會其中一種語言。請問至少有多少人隻會一種語言?

容斥原理50經典例題圖解初中(澆水天數如何算)6

分析:同樣是一個三集合的容斥原理問題,但是題目中隻知道元素總數和同時符合兩集合的數量,但是隻滿足一個集合的元素數量和同時滿足三集合元素數量未知。假設有m人隻會一種語言,n人三種語言都會語言,關系見下圖:

容斥原理50經典例題圖解初中(澆水天數如何算)7

我們可得:135=m 31 37 16-2n,這裡之所以減去2倍的n,是因為之前的(m 31 37 16)把三種語言都會的n重複加了3次,因此之後要減去2次。整理不定方程式得:m=51 2n,要使m最小,n應取最小值,已知“一部分人同時會三種語言”,因此n最小取1,此時m=53,因此至少53人隻會一種語言。

容斥原理50經典例題圖解初中(澆水天數如何算)8

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