五年级奥数第24讲-包含与排除(教)

学员编号：学员姓名：学科教师辅导讲义年级：五年级辅导科目：奥数课时数：3学科教师：授课主题授课类型T同步课堂第24讲——包含与排除P实战演练S归纳总结教学目标①了解容斥原理二量重叠和三量重叠的内容②掌握容斥原理在组合计数等各个方面的应用授课日期及时段T（T extbook-Based）——同步课堂知识梳理一、两量重叠问题在一些计数问题中，经常遇到有关集合元素个数的计算．求两个集合并集的元素的个数，不能简单地把两个集合的元素个数相加，而要从两个集合个数之和中减去重复计算的元素个数，即减去交集的元素个数，用式子可表示成：A U B=A+B-A I B，则称这一公式为包含与排除原理，简称容斥原理．图示如下:A表示小圆部分，B表示大圆部分，C表示大圆与小圆的公共部分，记为：A I B，即阴影面积．图示如下:A表示小圆部分，B表示大圆部分，C表示大圆与小圆的公共部分，记为：A I B，即阴影面积．1．先包含——A+B重叠部分A I B计算了2次，多加了1次；包含与排除原理告诉我们，要计算两个集合A、B的并集A U B的元素的个数，可分以下两步进行：第一步：分别计算集合A、B的元素个数，然后加起来，即先求A+B(意思是把A、B的一切元素都“包含”进来，加在一起)；第二步：从上面的和中减去交集的元素个数，即减去C=A I B(意思是“排除”了重复计算的元素个数)．二、三量重叠问题A类、B类与C类元素个数的总和=A类元素的个数+B类元素个数+C类元素个数-既是A类又是B类的元素个数-既是B类又是C类的元素个数-既是A类又是C类的元素个数+同时是A类、B类、C类的元素个数．用符号表示为：A U B U C=A+B+C-A I B-B I C-A I C+A I B I C．图示如下：图中小圆表示A的元素的个数，中圆表示B的元素的个数，1．先包含：A+B+C重叠部分A I B、B I C、C I A重叠了2次，多加了1次．2．再排除：A+B+C-A I B-B I C-A I C在解答有关包含排除问题时，我们常常利用圆圈图(韦恩图)来帮助分析思考．典例分析考点一：两量重叠问题例1、实验小学四年级二班，参加语文兴趣小组的有28人，参加数学兴趣小组的有29人，有12人两个小组都参加．这个班有多少人参加了语文或数学兴趣小组？A C B【解析】如图所示，A圆表示参加语文兴趣小组的人，B圆表示参加数学兴趣小组的人，A与B重合的部分C(阴影部分)表示同时参加两个小组的人．图中A圆不含阴影的部分表示只参加语文兴趣小组未参加数学兴趣小组的人，有28-12=16(人)；图中B圆不含阴影的部分表示只参加数学兴趣小组未参加语文兴趣小组的人，有29-12=17(人)．方法一：由此得到参加语文或数学兴趣小组的有：16+12+17=45(人)．方法二：根据包含排除法，直接可得：参加语文或数学兴趣小组的人=参加语文兴趣小组的人+参加数学兴趣小组的人-两个小组都参加的人，即：28+29-12=45(人)．例2、对全班同学调查发现，会游泳的有20人，会打篮球的有25人．两项都会的有10人，两项都不会的有9人．这个班一共有多少人？会游泳的A 两项都会的B会打篮球的两项都不会的【解析】如图，用长方形表示全班人数，A圆表示会游泳的人数，B圆表示会打篮球的人数，长方形中阴影部分表示两项都不会的人数．由图中可以看出，全班人数=至少会一项的人数+两项都不会的人数，至少会一项的人数为：20+25-10=35(人)，全班人数为：35+9=44(人)．例3、在46人参加的采摘活动中，只采了樱桃的有18人，既采了樱桃又采了杏的有7人，既没采樱桃又没采杏的有6人，问：只采了杏的有多少人？既采A樱桃又采杏的B既没采樱桃又没采杏的【解析】如图，用长方形表示全体采摘人员46人，A圆表示采了樱桃的人数，B圆表示采了杏的人数．长方形中阴影部分表示既没采樱桃又没采杏的人数．由图中可以看出，全体人员是至少采了一种的人数与两种都没采的人数之和，则至少采了一种的人数为：46-6=40(人)，而至少采了一种的人数=只采了樱桃的人数+两种都采了的人数+只采了杏的人数，所以，只采了杏的人数为：40-18-7=15(人)．例4、育才小学画展上展出了许多幅画，其中有16幅画不是六年级的，有15幅画不是五年级的，五、六年级共展出25幅画，其他年级的画共有多少幅？8 乙丙甲AB【解析】通过 16 幅画不是六年级的可以知道，五年级和其他年级的画作数量之和是 16，通过 15 幅画不是五年级的可以知道六年级和其他年级的画作数量之和是 15，那也就是说五年级的画比六年级多 1 幅，我们还知道五、六年级共展出 25 幅画，进而可以求出五年级画作有 13 幅，六年级画作有 12 幅，那么就可以求出其他年级的画作共有 3 幅．考点二：三量重叠问题例 1、全班有 25 个学生，其中17 人会骑自行车，13 人会游泳， 8 人会滑冰，这三个运动项目没有人全会，至少会这三项运动之一的学生数学成绩都及格了，但又都不是优秀．若全班有6 个人数学不及格，那么，（1） 数学成绩优秀的有几个学生？（2）有几个人既会游泳，又会滑冰？【解析】（1）有 6 个数学不及格，那么及格的有： 25 - 6 = 19 (人)，即最多不会超过19 人会这三项运动之一．而又因为没人全会这三项运动，那么，最少也会有：（17 + 13 + ）÷ 2 = 19 (人)至少会这三项运动之一．于是，至少会三项运动之一的只能是19 人，而这19 人又不是优秀，说明全班 25 人中除了19 人外，剩下的 6 名不及格，所以没有数学成绩优秀的．（2）上面分析可知，及格的19 人中，每人都会两项运动；会骑车的一定有一部分会游泳，一部分会滑冰；会游泳的人中若不会骑车就一定会滑冰，而会滑冰的人中若不会骑车就一定会游泳，但既会游泳又会滑冰的人一定不会骑自行车．所以，全班有19 - 17 = 2 (人)既会游泳又会滑冰．考点三：图形中的重叠问题例 1、把长 38 厘米和 53 厘米的两根铁条焊接成一根铁条．已知焊接部分长4 厘米，焊接后这根铁条有多长？- +-【解析】因为焊接部分为两根铁条的重合部分，所以，由包含排除法知，焊接后这根铁条长38 + 53 - 4 = 87 (厘米)．例 2、两张长 4 厘米，宽 2 厘米的长方形纸摆放成如图所示形状．把它放在桌面上，覆盖面积有多少平方厘米？4 厘 米2厘米图 3【解析】两个长方形如图摆放时出现了重叠(见图中的阴影部分)，重叠部分恰好是边长为 2 厘米的正方形，如果利用两个 4 ⨯ 2 的长方形面积之和来计算被覆盖桌面的面积，那么重叠部分在两个长方形面积中各被计算了一次，而实际上这部分只需计算一次就可以了．所以，被覆盖面积 = 长方形面积之和-重叠部分．于是，被覆盖面积 = 4 ⨯ 2 ⨯ 2 - 2 ⨯ 2 = 12 (平方厘米)．例 3、三个面积均为 50 平方厘米的圆纸片放在桌面上(如图)，三个纸片共同重叠的面积是10 平方厘米．三个纸片盖住桌面的总面积是100 厘米．问：图中阴影部分面积之和是多少？AB10C【解析】将图中的三个圆标上 A 、 B 、 C ．根据包含排除法，三个纸片盖住桌面的总面积 = ( A 圆面积 +B 圆面积 +C 圆面积）（ A 与 B 重合部分面积 + A 与 C 重合部分面积+B 与 C 重合部分面积） 三个纸片共同重叠的面积， 得：100 =（50 + 50 + 50）（A 与 B 重合部分面积 + A 与 C 重合部分面积 +B 与 C 重合部分面积）+ 10 ，得到 A 、 B 、 C 三个圆两两重合面积之和为：160 - 100 = 60 平方厘米，而这个面积对应于圆上的那三个纸片共同重叠的面积的三倍与阴影部分面积的和，即： 60 = 10 ⨯ 3 + 阴影部分面积，则阴影部分面积为： 60 - 30 = 30 (平方厘米)．3考点四：容斥原理在数论问题中的应用例 1、在1~100 的全部自然数中，不是 3 的倍数也不是 5 的倍数的数有多少个？AB【解析】如图，用长方形表示1~100 的全部自然数，圆表示1~100 中 3 的倍数， B 圆表示1~100 中 5 的倍数，长方形内两圆外的部分表示既不是 3 的倍数也不是 5 的倍数的数．由 100 ÷ 3 = 33L 1 可知，1~100 中 3 的倍数有 33 个；由 100 ÷ 5 = 20 可知，1~100 中 5 的倍数有 20 个；由 100 ÷（ ⨯ 5）= 6L 10 可知，1~100 既是 3 的倍数又是 5 的倍数的数有 6 个．由包含排除法， 3 或 5 的倍数有： 33 + 20 - 6 = 47 (个)．从而不是 3 的倍数也不是 5 的倍数的数有100 - 47 = 53 (个)．考点五：容斥原理中的最值问题例 1、将 1～13 这 13 个数字分别填入如图所示的由四个大小相同的圆分割成的 13 个区域中，然后把每个圆内的 7 个数相加，最后把四个圆的和相加，问：和最大是多少？【解析】越是中间，被重复计算的越多，最中心的区域被重复计算四次，将数字按从大到小依次填写于被重复计算多的区格中，最大和为：13×4+（12+11+10+9）×3+（8+7+6+5）×2+（4+3+2+1）=240.P(Practice-Oriented)——实战演练实战演练课堂狙击1、一个班有48人，班主任在班会上问：谁做完语文作业？请举手！有37人举手。

又问：谁做完数学作业？“”“请举手！”有42人举手。

最后问：“谁语文、数学作业都没有做完？”没有人举手。

求这个班语文、数学作业都完成的人数。

【解析】完成语文作业的有37人，完成数学作业的有42人，一共有37＋42=79人，多于全班人数。

这是因为语文、数学作业都完成的人数在统计做完语文作业的人数时算过一次，在统计做完数学作业的人数时又算了一次，这样就多算了一次。

所以，这个班语文、数作业都完成的有：79－48=31人。

2、某班有36个同学在一项测试中，答对第一题的有25人，答对第二题的有23人，两题都答对的有15人。

问多少个同学两题都答得不对？【解析】已知答对第一题的有25人，两题都答对的有15人，可以求出只答对第一题的有25－15=10人。

又已知答对第二题的有23人，用只答对第一题的人数，加上答对第二题的人数就得到至少有一题答对的人数：10＋23=33人。

所以，两题都答得不对的有36－33=3人。

3、某班有56人，参加语文竞赛的有28人，参加数学竞赛的有27人，如果两科都没有参加的有25人，那么同时参加语文、数学两科竞赛的有多少人？【解析】要求两科竞赛同时参加的人数，应先求出至少参加一科竞赛的人数：56－25=31人，再求两科竞赛同时参加的人数：28＋27－31=24人。