第四讲 枚举法
1.计数问题分为两个大类,一类是“计次序”的问题,一类是“不计次序”的问题。 2.枚举需要按照一定的顺序和一定的规律来进行分类,这样可以做到不重复和不遗漏。 3.枚举法的根本思想在于分类,通过分类可以将原本复杂的问题拆分成若干个比较简单的问题,然后再逐一进行分析。分类的思想可以化繁为简,化复杂为简单。
4.可以利用“树形图”来方便的记录枚举的过程,有几类问题就分出几个分枝,逐层按照 顺序不断分叉再一一筛选,留下符合条件的,去掉不符合条件的。注意在枚举“不计次序”的问题时,只需考虑从小到大(或从大到小)排列的分枝,而不用理会其他情况。 5.计次序:不但要挑选出来,而且还需要排列顺序,不同的排列顺序认为是不同的情况或 方法。这类问题通常是“排列”的题目。
6.不计次序:只要挑选出来即可,不需要排列顺序,不同的排列顺序认为是相同的情况或方法。这类问题通常是“选取”的题目。
1.理解“枚举法”的含义。
2.能在题目中熟练运用枚举法解题。
例1:小明和小红玩掷骰子的游戏,共有两枚骰子,一起掷出。若两枚骰子的点数和为7,则小明胜;若点数和为8,则小红胜。试判断他们两人谁获胜的可能性大。 分析与解:将两枚骰子的点数和分别为7与8的各种情况都列举出来,就可得到问题的结论。用a+b表示第一枚骰子的点数为a,第二枚骰子的点数是b的情况。 出现7的情况共有6种,它们是:
1+6,2+5,3+4,4+3,5+2,6+1。 出现8的情况共有5种,它们是: 2+6,3+5,4+4,5+3,6+2。 所以,小明获胜的可能性大。 注意,本题中若认为出现7的情况有1+6,2+5,3+4三种,出现8的情况有2+6,3+5,4+4也是三种,从而得“两人获胜的可能性一样大”,那就错了。
例2:数一数,右图中有多少个三角形。
分析与解:图中的三角形形状、大小都不相同,位置也很凌乱,不好数清楚。为了避免数数过程中的遗漏或重复,我们将图形的各部分编上号(见右图),然后按照图形的组成规律,把三角形分成单个的、由两部分组成的、由3部分组成的……再一类一类地列举出来。
单个的三角形有6个:1 ,2,3,5,6,8。 由两部分组成的三角形有4个: (1,2),(2,6),(4,6),(5,7)。 由三部分组成的三角形有1个:(5,7,8)。 由四部分组成的三角形有2个: (1,3,4,5),(2,6,7,8)。 由八部分组成的三角形有1个: (1,2,3,4,5,6,7,8)。 总共有6+4+1+2+1=14(个)。
对于这类图形的计数问题,分类型数是常用的方法。
例3:在算盘上,用两颗珠子可以表示多少个不同的四位数? 分析与解:上珠一个表示5,下珠一个表示1。分三类枚举: (1)两颗珠都是上珠时,可表示5005,5050,5500三个数;
(2)两颗珠都是下珠时,可表示1001,1010,1100,2000四个数;
(3)一颗上珠、一颗下珠时,可表示5001,5010,5100,1005,1050,1500,6000七个数。 一共可以表示 3+4+7=14(个)四位数。
由例1~3看出,当可能的结果较少时,可以直接枚举,即将所有结果一一列举出来;当可能的结果较多时,就需要分类枚举,分类枚举是我们需重点学习掌握的内容。分类一定要包括所有可能的结果,这样才能不遗漏,并且类与类之间不重叠,这样才能不重复。
例4 有一只无盖立方体纸箱,将它沿棱剪开成平面展开图。那么,共有多少种不同的展开图?
分析与解:我们将展开图按最长一行有多少个正方形(纸箱的面)来分类,可以分为三类: 最长一行有4个正方形的有2种,见图(1)(2); 最长一行有3个正方形的有5种,见图(3)~(7); 最长一行有2个正方形的有1种,见图(8)。
不同的展开图共有2+5+1=8(种)。
例5:小明的暑假作业有语文、算术、外语三门,他准备每天做一门,且相邻两天不做同一门。如果小明第一天做语文,第五天也做语文,那么,这五天作业他共有多少种不同的安排?
分析与解:本题是分步进行一项工作,每步有若干种选择,求不同安排的种数(有一步差异即为不同的安排)。这类问题简单一些的可用乘法原理与加法原理来计算,而本题中由于限定条件较多,很难列出算式计算。但是,我们可以根据实际的安排,对每一步可能的选择画出一个树枝状的图,非常直观地得到结果。这样的图不妨称为“枚举树”。
由上图可知,共有6种不同的安排。
例6:一次数学课堂练习有3道题,老师先写出一个,然后每隔5分钟又写出一个。规定:(1)每个学生在老师写出一个新题时,如果原有题还没有做完,那么必须立即停下来转做新题;(2)做完一道题时,如果老师没有写出新题,那么就转做前面相邻未解出的题。解完各题的不同顺序共有多少种可能?
分析与解:与例5类似,也是分步完成一项工作,每步有若干种可能,因此可以通过画枚举