公務員考試行測:抽屜原理的經(jīng)典解題思路
抽屜原理在公務員考試中的數(shù)字運算部分時有出現(xiàn)。抽屜原理是用最樸素的思想解決組合數(shù)學問題的一個范例,我們可以從日常工作中的實例來體會抽屜原理的應用。抽屜原理的內(nèi)容簡明樸素,易于接受,它在數(shù)學問題中有重要的作用。許多有關(guān)存在性的證明都可用它來解決。
先來看抽屜原理的一般敘述:
抽屜原理(1):講多于n件的物品任意放到n個抽屜中,那么至少有一個抽屜中的物品的件數(shù)不少于2。抽屜原理(1)可以進行推廣,把無窮多個元素放入有限個集合里,則一定有一個集合里含有無窮多個元素。
抽屜原理(2):將多于 件的物品任意放到抽屜中,那么至少有一個抽屜中的物品的件數(shù)不少m+1。也可以表述成如下語句:把m個物品任意放入n(n≤m)個抽屜中,則一定有一個抽屜中至多要有k件物品。其中 k=〔m/n 〕 ,這里〔m/n 〕表示不大于m/n的最大整數(shù),即m/n的整數(shù)部分。
掌握了抽屜原理解題的步驟就能思路清晰的對一些存在性問題、最小數(shù)目問題做出快速準確的解答。一般來講,首先得分析題意,分清什么是“物品”,什么是“抽屜”,也就是什么作“物品”,什么可作“抽屜”。 接著制造抽屜。這個是關(guān)鍵的一步,這一步就是如何設(shè)計抽屜。根據(jù)題目條件和結(jié)論,結(jié)合有關(guān)的數(shù)學知識,抓住最基本的數(shù)量關(guān)系,設(shè)計和確定解決問題所需的抽屜及其個數(shù),為使用抽屜鋪平道路。 最后運用抽屜原理。觀察題設(shè)條件,結(jié)合第二步,恰當應用各個原則或綜合運用幾個原則,以求問題之解決。
下面兩個典型例題的解題過程充分展現(xiàn)了抽屜原理的解題過程,希望讀者能有所體會。
例1:證明任取6個自然數(shù),必有兩個數(shù)的差是5的倍數(shù)。
證明:考慮每個自然數(shù)被5除所得的余數(shù)。即自然數(shù)可以作為物品,被5除所得余數(shù)可以作為抽屜。顯然可知,任意一個自然數(shù)被5除所得的余數(shù)有5種情況:0,1,2,3,4。所以構(gòu)造5個抽屜,每個抽屜中所裝的物品就是被5除所得余數(shù)分別為0,1,2,3,4的自然數(shù)。運用抽屜原理,考慮“最壞”的情況,先從每個抽屜中各取一個“物品”,共5個,則再取一個物品總能在先取的5個中找到和它出自于同一抽屜的“物品”,即它們被5除余數(shù)相同,所以它們的差能整除5。
例2: 黑色、白色、黃色的筷子各有8根,混雜地放在一起,黑暗中想從這些筷子中取出顏色不同的2雙筷子(每雙筷子兩根的顏色應一樣),問至少要取材多少根才能保證達到要求?
解:這道題并不是品種單一,不能夠容易地找到抽屜和蘋果,由于有三種顏色的筷子,而且又混雜在一起,為了確保取出的筷子中有2雙不同顏色的筷子,可以分兩步進行。第一步先確保取出的筷子中有1雙同色的;第二步再從余下的筷子中取出若干根保證第二雙筷子同色。 首先,要確保取出的筷子中至少有1雙是同色的,我們把黑色、白色、黃色三種顏色看作3個抽屜,把筷子當作蘋果,根據(jù)抽屜原則,只需取出4根筷子即可。其次,再考慮從余下的20根筷子中取多少根筷子才能確保又有1雙同色筷子,我們從最不利的情況出發(fā),假設(shè)第一次取出的4根筷子中,有2根黑色,1根白色,1根黃色。這樣,余下的20根筷子,有6根黑色的,7根白色的,7根黃色的,因此,只要再取出7根筷子,必有1根是白色或黃色的,能與第一次取出的1根白色筷子或黃色筷子配對,從而保證有2雙筷子顏色不同,總之,在最不利的情況下,只要取出4+7=11根筷子,就能保證達到目的。
以上兩個題目都考慮了“最壞”的情況,這是考慮涉及抽屜原理的最值問題的常用思路。最后看一個有趣的數(shù)學問題,它體現(xiàn)了抽屜原理在證明存在性問題中的應用。
“證明在任意6個人的集會上,或者有3個人以前彼此相識,或者有三個人以前彼此不相識。”
這個問題可以用如下方法簡單明了地證出:
在平面上用6個點A、B、C、D、E、F分別代表參加集會的任意6個人。如果兩人以前彼此認識,那么就在代表他們的兩點間連成一條紅線;否則連一 條藍線?紤]A點與其余各點間的5條連線AB,AC,...,AF,它們的顏色不超過2種。根據(jù)抽屜原理可知其中至少有3條連線同色,不妨設(shè)AB,AC, AD同為紅色。如果BC,BD,CD3條連線中有一條(不妨設(shè)為BC)也為紅色,那么三角形ABC即一個紅色三角形,A、B、C代表的3個人以前彼此相 識:如果BC、BD、CD3條連線全為藍色,那么三角形BCD即一個藍色三角形,B、C、D代表的3個人以前彼此不相識。不論哪種情形發(fā)生,都符合問題的結(jié)論。
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