高一数学必修三算法初步(知识总结++高考真题讲练)

第十一章算法初步与框图一、知识网络二、考纲要求1.程序框图（1）了解算法的含义，了解算法的思想.（2）理解程序框图的三种基本逻辑结构：顺序、条件分支、循环.2.基本算法语句理解几种基本算法语句――输入语句、输出语句、赋值语句、条件语句、循环语句的含义.三、复习指南本章是新增内容，多以选择题或填空题形式考查，常与数列、函数等知识联系密切.考查的重点是算法语句与程序框图,以基础知识为主,如给出程序框图或算法语句,求输出结果或说明算法的功能;或写出程序框图的算法语句,判断框内的填空等考查题型.难度层次属中偏低.第一节算法与程序框图※知识回顾1．算法的概念：算法通常是指按一定规则解决某一类问题的明确和有限的步骤．2.程序框图又称流程图，是一种用程序框、流程线及文字说明来表示算法的图形.3.程序框图的三种基本逻辑结构是顺序结构、条件结构、循环结构．4.算法的描述方式有：自然语言、程序框图、程序语言．5.算法的基本特征：①明确性：算法的每一步执行什么是明确的；②顺序性：算法的“前一步”是“后一步”的前提，“后一步”是“前一步”的继续；③有限性：算法必须在有限步内完成任务，不能无限制的持续进行；④通用性：算法应能解决某一类问题.试题提供：典例精析例1.如图所示是一个算法的程序框图，则该程序框图所表示的功能是解析：首先要理解各程序框的含义,输入a,b,c三个数之后,接着判断a,b的大小,若b小，则把b赋给a,否则执行下一步，即判断a与c的大小，若c小，则把c赋给a, 否则执行下一步，这样输出的a是a,b,c三个数中的最小值.所以该程序框图所表示的功能是求a,b,c三个数中的最小值.评注: 求a,b,c三个数中的最小值的算法设计也可以用下面程序框图来表示.例2.下列程序框图表示的算法功能是（）（1）计算小于100的奇数的连乘积（2）计算从1开始的连续奇数的连乘积（3）计算从1开始的连续奇数的连乘积，当乘积大于100时，计算奇数的个数（4）计算≥1×3×5××n100成立时n的最小值解析：为了正确地理解程序框图表示的算法，可以将执行过程分解，分析每一步执行的结果.可以看出程序框图中含有当型的循环结构,故分析每一次循环的情况,列表如下:第一次:13,5S i=⨯=；第二次:135,7S i=⨯⨯=；第三次:1357,9S i=⨯⨯⨯=,此时100S<不成立,输出结果是7,程序框图表示的算法功能是求使≥1×3×5××n100成立时n的最小值. 选D.评注:通过列表,我们能清楚了解程序的每一步中的各个变量是怎样变化的,这正是程序运行的本质所在.本题若要求编写求使≥1×3×5××n100成立时n的最小值的程序框图或程序时,很容易弄错输出的结果，应注意.例3.在音乐唱片超市里，每张唱片售价为25元，顾客如果购买5张以上（含5张）唱片，则按九折收费，如果购买10张以上（含10张）唱片，则按八折收费，请设计算法步骤并画出程序框图，要求输入张数x，输出实际收费y(元).分析:先写出y与x之间的函数关系式，有25(5)22.5(510)20(10)x xy x xx x<⎧⎪=≤<⎨⎪≥⎩，再利用条件结构画程序框图．解：算法步骤如下:第一步，输入购买的张数x,第二步，判断x是否小于5，若是，计算25y x=；否则，判断x是否小于10，若是，计算22.5y x=；否则，计算20y x=.第三步，输出y.程序框图如下:评注:凡必须先根据条件做出判断，然后再决定进行哪一个步骤的问题，在画程序框图时，必27?x=否是须引入判断框，采用条件结构设计算法.如果变量分三级(或以上)时,就需要用到条件结构的嵌套,不能忽视结果中“是”、“否”的书写，否则不知道执行哪一条路径.一般地,分n 段的分段函数,需要引入1n -个判断框.条件结构有以下两种基本类型.例4.画出求222111123100++++的值的程序框图.分析:这是一个有规律的数列求和问题,每次都进行了相同的运算,故应用循环结构进行算法设计.解:程序框图如下:(1)当型循环 (2)直到型循环评注: (1) 解题关键是选择好计数变量i 和累加变量S 的初始值,并写出用i 表示的数列的通项公式是 ；(2)循环结构主要用在一些有规律的重复计算的算法中,如累加求和,累乘求积等问题.在循环结构中,要注意根据条件,设计合理的计数变量、累加(积)变量以及它们的初始值等,特别要注意循环结构中条件的表述要恰当、精确，以免出现多一次或少一次循环.（3）循环结构分为两类：一类是当型循环结构，如下左图所示；另一类是直到型循环结构，如下右图所示.变式训练画出求222111147100++++的值的程序框图. 解：程序框图如下:例5.某工厂2005年的生产总值为200万元，技术改进后预计以后后每年的年生产总值都比上一年增长5%.设计一个程序框图，输出预期年生产总值超过300万元的最早年份及2005年到此年份之前(不包此年份)的年生产总值的和.分析:本例可用循环结构来实现. (1) 确定“循环体”:设a 为某年的年生产总值,n 为年份,S 为年产值的总和,则循环体为(2)初始化变量:n 的初始值为2005,a 的初始值为200,S 的初始值为0. (3)设定循环控制条件:300a >,0.05,1.S S a a a a n n =+=+=+解:程序框图如下:评注:本问题的关健是设计好循环体,注意S S a=+与n之间的对应关系.本题若将S S a=+放在1n n=+之后,则输出时须重新赋值1n n=-，否则n的值为超过300万的年份的下一年.本题也可用当型循环结构来表示.变式训练：设计一个程序框图，求使1235000S n=⨯⨯⨯⨯>的最小n的值，并输出此时S的值.解：程序框图如下：※基础自测一、选择题1．下列说法正确的是（）A．算法就是某个问题的解题过程；B．算法执行后可以产生不同的结果；C．解决某一个具体问题算法不同结果不同；D．算法执行步骤的次数不可以很大，否则无法实施．解析：选项A，算法不能等同于解法；选项B，例如：判断一个正整数是否为质数，结果为“是质数”和“不是质数”两种；选项C，解决某一个具体问题算法不同结果应该相同，否则算法构造的有问题；选项D，算法可以为很多次，但不可以无限次．选B．2、如图所示的程序框图中，则第3个输出的数是( )A．1 B. 32D.522.解析：前3个分别输出的数是1，32，2.故选C.3．如图给出的是求201614121+⋅⋅⋅+++的值的一个程序框图， 其中判断框内应填入的条件是 （ ） >10 <10 >20 <20．解析：通过列表,我们能清楚了解程序的每一步中的各个变量是怎样变化的, 第一次:11,,42i S n===,第二次:112,,624i S n==+=,…依此可知循环的条件是i>10．选Ａ4.(2007年高考山东卷)阅读右边的程序框图，若输入的n是100，则输出的变量S和T的值依次是（）A．2550，2500B．2550，2550C．2500，2500D．2500，25504.解析：依据框图可得T=++++=.选A.S=++++=，999795 (12500)1009896 (22550)5．2006年1月份开始实施的《个人所得税法》规定：全月总收入不超过1600元的免征个人工资、薪金所得税，超过1600元部分需征税．设全月总收入金额为x元，前三级税率如下左表所示：v1.0 可编辑可修改当工资薪金所得不超过3600元，计算个人所得税的一个算法框图如图.则输出①、输出②分别为( )．A ．0.05;0.1x xB ．0.05;0.1185x x -C ． 0.0580;0.1;x x -D ．0.0580;0.1185x x --5．解析: 设全月总收入金额为x 元, 所得税额为y 元,则y 与x 之间的函数关系为0(01600)(1600)5%(16002100)25(2100)10%(21003600)x y x x x x <≤⎧⎪=-<≤⎨⎪+-<≤⎩选D. 二、填空题6．（2008年高考山东卷）执行右边的程序框图，若p =,则输出的n =________..6.解析:第一次循环后，10.82S =<，此时n =2；第二次循环后，110.824S =+<，此时n =3；第三次循环后，1110.8248S =++>，此时4n =，输出，故填4.7.（2008年江苏卷）某地区为了解7080-岁的老人的日平均睡眠时间（单位：h ），随机选择了50位开始 结束输入x输出0输出①输出②0<x ≤16001600<x ≤21002100<x ≤3600否否否是是是1111老人进行调查，下表是这50位老人睡眠时间的频率分布表：在上述统计数据的分析中一部分计算见算法流程图，则输出的S 的值为 ▲解析:由流程图1122334455S G F G F G F G F G F =++++4.50.125.50.206.50.407.50.28.50.08=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯6.42= 故填.8.如果执行右面的程序框图，那么输出的S =12128．解析：2461002550S =++++=三、解答题9．请阅读下面程序框图，说明此程序的功能解：程序功能是求s 的值.26122...2s =++++,并输出s10．已知函数22(2)(0)4(0)(2)(0)x x y x x x ⎧+<⎪==⎨⎪->⎩，请画出程序框图，要求输入自变量x 的值， 输出函数值y . 10.解:11．画出一个计算151015100⨯⨯⨯⨯⨯的程序框图.11解：程序框图如下12、甲、乙两位同学为解决数列求和问题，试图编写一程序.两人各自编写的程序框图分别如图1和如图2.（Ⅰ）根据图1和图2，试判断甲、乙两位同学编写的程序框图输出的结果是否一致当n ＝20时分别求它们输出的结果；13131414（Ⅱ）若希望通过对图2虚框中某一步（或几步）的修改来实现“求首项为2，公比为3的等比数列的前n 项和”，请你给出修改后虚框部分的流程图.12、解：（Ⅰ）输出结果一致. 当n ＝20时，图1的结果为2＋4＋6＋…＋38＋40＝2×（1＋2＋3＋…＋20）＝420 图2的结果为2＋4＋6＋…＋38＋40＝2×（1＋2＋3＋…＋20）＝420 （Ⅱ）修改后虚框部分的流程图为图2开始 否图11515第二节 算法的基本语句及算法案例※知识回顾1．任何一种程序设计语言都包含五种基本的算法语句，2.输入语句、 输出语句、 赋值语句基本对应于程序框图中的顺序结构；条件语句、循环语句分别用来表达程序框图中的条件结构和循环结构.3.常用符号逻辑符号：且，小于<，大于等于 常用函数：绝对值 4.算法案例（1）辗转相除法和更相减损术.（1）余数构成新的一对数，继续上面的除法，反复执行此步骤，直到大数被小数除尽，则这时较1616.（2）更相减损术就是对于给定的两个正整数，若它们都是偶数，则将它们反复除以2(假设进行了k次)原来约简的2k 即为所求两数的最大公约数. （2）秦九韶算法秦九韶算法是求多项式值的优秀算法. 设1110()n n n n f x a x a x a x a --=++++，改写为如下形式：()f x 1210(())).n n n a x a x a xa x a --++++ 设0101,n n v a v v x a -==+21232310n n n n v v xa v v x a v v x a ---=+=+=+这样求n 次多项式()f x 的值就转化为求n .当多项式中有些项不存在时，可将这几项看做0n x ⨯，补齐后再利用秦九韶算法进行计算.对于一个n 次多项式，只需做次乘法和.（3）进位制K 进制数的基数为k ，k 01k -之间的数字构成的将十进制的数转化为k110110(0,0,,)n n n n k a a a a a k a a a k --<<≤<把进制数化为十进制数的方法为1110()110n n k n n a a a k a k a k a --=++++.※典例精析例1．写出用循环语句描述求11111123499100S =-+-++-的值的算法程序. 解：算法程序如下：（1）当型循环 （2）直到型循环1717评注: 在编写算法的程序时，可先画出程序框图，抓住程序框图表示算法这个核心.注意分别用当型循环和直到型循环语句编写的程序中，循环条件的区别与联系.例2、某市对排污水进行综合治理，征收污水处理费，系统对各厂一个月内排出的污水量m 吨收取的污水处理费y 元，运行程序如下所示：请写出y 与m 的函数关系，并求排放污水150吨的污水处理费用. 解： 这个程序反映的是一个分段函数因为150100,m =>所以15025(150100)1400y =+-=，故该厂应缴纳污水处理费1400元. 评注: 解决分段函数要用条件语句来处理.本题可画出程序框图帮助理解.13(50)5015(50)(50100)15025(100)(100)m m y m m m m ≤⎧⎪=+-<≤⎨⎪+->⎩1005015*(501315025(100)50)IF m THEN INPUT mIF m THEN y m ELSEELSEy m END IF E y ND IF EN m D<==+-<==*=+*-1818例3． 求三个数72,120,168的最大公约数. 解法1:用辗转相除法 先求120,168的最大公约数,因为168120148,12048224,48242=⨯+=⨯+=⨯ 所以120,168的最大公约数是24. 再求72,24的最大公约数,因为72243=⨯,所以72,24的最大公约数为24, 即72,120,168的最大公约数为24. 解法2:用更相减损术 先求120,168的最大公约数,168-120=48,120-48=72,72-48=24,48-24=24 所以120,168的最大公约数为24. 再求72,24的最大公约数, 72-24=48，48-24=24 72,24的最大公约数为24, 即72,120,168的最大公约数为24.评注: 辗转相除法与更相减损术均是求两个正整数的最大公约数的方法,要理解和掌握它们的操作步骤.变式:试写出求正整数,()m n m n >的最小公倍数的算法程序.解:或1919例4.用秦九韶算法求多项式5432()23456f x x x x x x =+++++在2x =时的值. 分析：先改写多项式，再由内向外计算.5432:()23456((((2)3)4)5)6f x x x x x x x x x x x =+++++=+++++解010*********,243114265576120v v v x v v x v v x v v x v v x ==+==+==+==+==+= 评注: 用秦九韶算法求多项式值,关健是正确将多项式改写,然后由内向外计算求得. 本题也可简写为下式：12345622822521144112657120例5.完成下列进制的转化解: 420(3)(10)(1)10202132323101=⨯+⨯+⨯=(2)用8反复去除101,直到商为0止,所得的余数(从末位读起)就是十进制数101的 8进制表示评注:将k 进制的数转化为k '进制的数的方法是先将k 进制的数转化为十进制的数，再将这个数转化为k '进制的数.变式训练：下面是把二进制数(2)11111化为十进制数的一个程序框图,判断框内应填入的条件是(3)(10)(10)__________(8)(1)10202____(2)101==v1.0 可编辑可修改2020( ).5?.4?.4?.5?A i B i C i D i >≤>≤解: 432(2)11111121212121=⨯+⨯+⨯+⨯+,故判断框内应填入的条件4i >.选C. ※ 基础自测 一、选择题1．下列给出的赋值语句中正确的是（ ）A 4M =B M M =-C 3B A ==D 0x y +=1. 解析:赋值语句的功能.选 B2 当2=x 时，下面的程序输出的结果是 ( )A 3B 7C 15D 172解析： 0211,1213,3217,72115⨯+=⨯+=⨯+=⨯+=. 选 C3．运行下列程序：10411i s WHILE i s s x i i WEND PRINT I s U x E T N NP D==<==*+=+2121当输入56，42时，输出的结果是 Ａ．56 Ｂ．42 Ｃ．84 Ｄ．143.解析:该程序的功能是用辗转相除法求正整数,()m n m n >的最大公约数，故选D 4下边程序运行后输出的结果为( )A 50B 5C 25D 04.解析:1,1;2,3;3,1;4,0;5,0j a j a j a j a j a ==========.选 D 二、填空题5 三个数324,243,135的最大公约数是_________________6.阅读下列程序:015()51a j WHILE j a a j MOD j j WEND PRINT a END==<==+=+,0INPUT m n DOr m MOD n m nn rLOOP UNTIL r PRINT m END====2222当程序输入x 值为123时,问运行的结果是_____________.6.解析:算术运算符\和MOD 分别用取商和余数.该程序的功能是把一个三位数各位上的数字颠倒过来.所以运行的结果是321.7．（2005年高考北京卷理14）已知n 次多项式1011()n n n n n P x a x a x a x a --=++++，如果在一种算法中，计算0k x （k ＝2，3，4，…，n ）的值需要k －1次乘法，计算30()P x 的值共需要9次运算（6次乘法，3次加法），那么计算100()P x 的值共需要 次运算.下面给出一种减少运算次数的算法：0011(),()()k k k P x a P x xP x a ++==+（k ＝0， 1，2，…，n －1）．利用该算法，计算30()P x 的值共需要6次运算，计算100()P x 的值共需要 次运算.7．解析：秦九韶算法适用一般的多项式1011()n n n nn P x a x a x a x a --=++++的求值问题.直接法减少到最多n 次，加法最多n 次.答案：65；20. 8．下面程序运行后输出的结果为_______________520033,x y IF x THEN x y ELSE y y END IFPRINT x y y x END==-<=-=+--1001000\100(100)\101010010INPUT xIF x AND x THEN a x b x a c x MOD x c b a PRINT x END IF END><==-*==*+*+23238．解析: 22，-22三、解答题9.用秦九韶算法求多项式5432()34157678f x x x x x x =+-+++在2x =-时的值.543201021324354:()34157678((((34)15)76)7)83,421511769871898386f x x x x x x x x x x x v v v x v v x v v x v v x v v x =+-+++=+-+++==+=-=-=-=+==+=-=+=9.解10．设计程序，求出满足11111023n+++⋯+>的最小的正整数n.10．解：11若(2)(6)(9)111111,210,85a b c ===,试判断,,a b c 的大小关系，并将c 化为7进制的数. 6.解析: (10)(10)(10)63,78,77a b c b c a ===∴>>242412.某电信公司规定：拨打市内电话时，如果不超过3分钟，则收取话费元；如果通话时间超过3分钟，则超出部分按每分钟元收取通话费，不足一分钟按一分钟计算.设通话时间为t （分钟），通话费用y （元），如何设计一个程序，计算通话的费用. (提示:INT(x)表示不大于x 最大整数,如INT=3) 12．解：算法分析：数学模型实际上为：y 关于t 的分段函数.关系是如下：0.2,(03)0.20.1(3),(3,)0.20.1([3]1),(3,)t y t t t Z t t t Z <≤⎧⎪=+->∈⎨⎪+-+>∉⎩ 其中[t －3]表示取不大于t －3的整数部分. 算法步骤如下：第一步：输入通话时间t ；第二步：如果t≤3，那么y = ；否则判断t∈Z 是否成立， 若成立执行y= +× (t－3)；否则执行y = +×（ [t －3]+1）. 第三步：输出通话费用c . 算法程序如下：。