四年级奥数第18讲重叠问题(教师版)

【解析】如图, 圆表示学画画的人, 圆表示学钢琴的人, 表示既学钢琴又学画画的人,
图中 圆不含阴影的部分表示只学画画的人,有： (人),
图中 圆不含阴影的部分表示只学钢琴的人,有： (人)．
2、科技活动小组有 人．在一次制作飞机模型和制作舰艇模型的定时科技活动比赛中,老师到时清点发现：制作好一架飞机模型的同学有 人,制作好一艘舰艇的同学有 人．每个同学都至少完成了一项制作．问两项制作都完成的同学有多少人?
【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 (厘米)．
例2、两张长 厘米,宽 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?
【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 厘米的正方形,
如果利用两个 的长方形面积之和来计算被覆盖桌面的面积,
【解析】阴影部分是有两块重叠的部分,被计算两次,
而三张纸重叠部分是被计算了三次．
所以三张纸重叠部分的面积 (平方厘米)．
5、四年级科技活动组共有 人．在一次剪贴汽车模型和装配飞机模型的定时科技活动比赛中,老师到时清点发现：剪贴好一辆汽车模型的同学有 人,装配好一架飞机模型的同学有 人．每个同学都至少完成了一项活动．问：同时完成这两项活动的同学有多少人?
本节课我学到了
我需要努力的地方是
【解析】如图,用长方形表示全班人数,
圆表示会游泳的人数, 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： (人),全班人数为： (人)．
例3、在 人参加的采摘活动中,只采了樱桃的有 人,既采了樱桃又采了杏的有 人,既没采樱桃又没采杏的有 人,问：只采了杏的有多少人?
【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.
课堂狙击
1、芳草地小学四年级有 人学钢琴, 人学画画, 人既学钢琴又学画画,问只学钢琴和只学画画的分别有多少人?
四年级奥数第18讲重叠问题（教师版）
了解容斥原理二量重叠和三量重叠的内容
掌握容斥原理在组合计数等各个方面的应用
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,
【解析】方法一：在 人中懂英语或俄语的有： (人)．
又因为有 人懂英语,所以只懂俄语的有： (人)．
从 位懂俄语的旅客中除去只懂俄语的人,
剩下的 (人)就是既懂英语又懂俄语的旅客．
方法二：学会把公式进行适当的变换,由包含与排除原理,得：
(人)．
容斥原理的基本思想是：先不考虑重叠的情况,把包含于某内容中的所有对象的数目先计算出来,然后再把计数时重复计算的数目排斥出去,使得计算的结果既无遗漏又无重复。
【解析】因为 , ,所以必有人两项制作都完成了．
由于每个同学都至少完成了一项制作,根据包含排除法可知：
全组人数 完成了两项制作的人数,
即 完成了两项制作的人数．
所以,完成了两项制作的人数为： (人)．
3、五年级一班共有 人,每人参加一个兴趣小组,共有 、 、 、 、 五个小组,若参加 组的有 人,参加 组的人数仅次于 组,参加 组、 组的人数相同,参加 组的人数最少,只有 人．那么,参加 组的有_______人．
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： 阴影部分面积,
则阴影部分面积为： (平方厘米)．
考点四：容斥原理在数论问题中的应用
例1、在 的全部自然数中,不是 的倍数也不是 的倍数的数有多少个?
【解析】如图,用长方形表示 的全部自然数,
圆表示 中 的倍数, 圆表示 中 的倍数,
长方形内两圆外的部分表示既不是 的倍数也不是 的倍数的数．
由 可知, 中 的倍数有 个；
由 可知, 中 的倍数有 个；
由 可知, 既是 的倍数又是 的倍数的数有 个．
由包含排除法, 或 的倍数有： (个)．
从而不是 的倍数也不是 的倍数的数有 (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?
第一步：分别计算集合 的元素个数,然后加起来,即先求 (意思是把 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 (意思是“排除”了重复计算的元素个数)．
二、三量重叠问题
类、 类与 类元素个数的总和 类元素的个数 类元素个数 类元素个数 既是 类又是 类的元素个数 既是 类又是 类的元素个数 既是 类又是 类的元素个数 同时是 类、 类、 类的元素个数．用符号表示为： ．图示如下：
所以,只采了杏的人数为： (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?
【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,组合图形的面积 长方形面积之和 重叠部分．
于是,组合图形的面积 (平方厘米)．
3、在自然数 中,能被 或 中任一个整除的数有多少个?
【解析】 , , ．
根据包含排除法,能被 或 中任一个整除的数有 (个)．
4、如图,三角形纸板、正方形纸板、圆形纸板的面积相等,都等于60平方厘米．阴影部分的面积总和是40平方厘米,3张板盖住的总面积是100平方厘米,3张纸板重叠部分的面积是多少平方厘米?
【解析】如图,用长方形表示全体采摘人员 人, 圆表示采了樱桃的人数, 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： (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,
【解析】只考虑甲乙两人情况,
有甲、乙都浇过的最少为：78+68-100=46盆,
此时甲单独浇过的为78-46=32盆,
乙单独浇过的为68-46=22盆；
欲使甲、乙、丙三人都浇过的花最少时,应将丙浇过的花尽量分散在两端．
于是三者都浇过花最少为58-32-22=4盆．
课后反击
1、实验二校一个歌舞表演队里,能表演独唱的有10人,能表演跳舞的有18人,两种都能表演的有7人．这个表演队共有多少人能登台表演歌舞?
【解析】将图中的三个圆标上 、 、 ．根据包含排除法,
三个纸片盖住桌面的总面积 ( 圆面积 圆面积 圆面积 与 重合部分面积 与 重合部分面积 与 重合部分面积 三个纸片共同重叠的面积,
得： 与 重合部分面积 与 重合部分面积 与 重合部分面积 ,
得到 、 、 三个圆两两重合面积之和为： 平方厘米,
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．
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 人,参加数学兴趣小组的有 人,有 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?
【解析】如图所示, 圆表示参加语文兴趣小组的人, 圆表示参加数学兴趣小组的人, 与 重合的部分 (阴影部分)表示同时参加两个小组的人．图中 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 (人)；图中 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 (人)．
（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 个数学不及格,那么及格的有： (人),
即最多不会超过 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： (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 人,
而这 人又不是优秀,说明全班 人中除了 人外,剩下的 名不及格,
【解析】根据包含排除法,这个表演队能登台表演歌舞的人数为： (人)．
2、某班组织象棋和军棋比赛,参加象棋比赛的有 人,参加军棋比赛的有 人,有 人两项比赛都参加了,这个班参加棋类比赛的共有多少人?
【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 厘米的正方形,
如果利用两个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 (平方厘米)．
例3、三个面积均为 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 平方厘米．三个纸片盖住桌面的总面积是 厘米．问：图中阴影部分面积之和是多少?
重叠部分恰好是边长为 厘米的正方形,
如果利用长方形和正方形面积之和来计算被覆盖桌面的面积,
那么重叠部分在长方形和正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,组合图形的面积 长方形面积 正方形面积 重叠部分．
于是,组合图形的面积： (平方厘米)．