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抽屉原理解决问题步骤(给孩子看看这篇文章就懂了)

时间:2023-08-17 作者: 小编 阅读量: 6 栏目名: 生活百科

小胖买了三个超级大的苹果,想放入他的两个宝抽屉里。不过得先说明一下,小胖的三个苹果是克隆苹果,一模一样无法区分哦。小胖被吓得半死,但这个大嘴怪只是问了小胖几个数学问题。小胖有点吃不准,但在仔细核对后,又回答了是。小胖心想这怎么还没完没了了呢,但不敢不回答,仔细检查过后他发现有两种情况不符合大嘴怪说的这个情况。

狄利克雷,学不好抽屉原理,请不要恨他

抽屉原理是小学奥数中比较难的一个知识点,初次接触抽屉原理很容易“水土不服”,理解起来有困难。虽然大家对抽屉不陌生、对苹果更不陌生,但是谁会真得把苹果放抽屉里呀?好吧,就算非要这么干,那我想问问,你的苹果多得放不下了吗,你家有多少个抽屉放苹果呀?

上面的两个问题,涉及到了抽屉原理中的两个关键数学量:抽屉数量、苹果数量。那么这两个数学量之间有什么关系呢?不妨举一个实际的例子。

小胖买了三个超级大的苹果,想放入他的两个宝抽屉里。如果他随心所欲的放,一共有多少种不同的放法呢?不过得先说明一下,小胖的三个苹果是克隆苹果,一模一样无法区分哦。

列个酷酷的表格枚举一下,如果不允许把苹果切成几瓣,就会看到只有四种情况。但是这又能说明个啥呢,这不就是对数字3进行整数的拆分吗?

当然不是这么简单了!假设从抽屉里突然钻出了一个嘴里叼着苹果、苹果上还写满数学符号的大嘴怪,他自称“抽屉之神”。小胖被吓得半死,但这个大嘴怪只是问了小胖几个数学问题。

  • “不管是哪一种分法,总有一个抽屉里放了0个或0个以上的苹果吧?” 小胖哆哆嗦嗦地数了数(都吓傻了,这还用数吗),发现确实是这样,就回答了是。
  • 大嘴怪又问:“不管是哪一种分法,总有一个抽屉里放了1个或1个以上的苹果吧?”小胖又对照着表格核对了一遍,发现还是这样,又回答了是。
  • 大嘴怪还问:“不管是哪一种分法,总有一个抽屉里放了2个或2个以上的苹果吧?”小胖有点吃不准,但在仔细核对后,又回答了是。
  • 大嘴怪继续问:“不管是哪一种分法,总有一个抽屉里放了3个或3个以上的苹果吧?”小胖心想这怎么还没完没了了呢,但不敢不回答,仔细检查过后他发现有两种情况不符合大嘴怪说的这个情况。

大嘴怪,额,不对,抽屉之神说:“OK了,苹果个数是3、抽屉数量是2,那我们可以说无论怎么放,总有一个抽屉会放入2个或2个以上的苹果。”

小朋友们,你们看,这里说的“总有一个抽屉会放入2个或2个以上的苹果”就是最终的结论,这是抽屉原理中最费解、但也最重要的数学量,咱们把抽屉数量、苹果数量、结论这三个数学量看做抽屉原理的三个法宝。甭管什么样的抽屉原理题目,来来回回都是围绕这三个法宝来展开的。

显而易见,结论是根据苹果数量、抽屉数量得来的,但是如果苹果数量、抽屉数量变了呢?总不能每次都列出表格吧,有没有更简洁的方法呢?

必须有!

再回顾一下大嘴怪和小胖的对话,当将3个苹果放入2个抽屉里时,我们可以说无论哪种放法,总有一个抽屉放入0个或0个以上、1个或1个以上、2个或2个以上,但不能说3个或3个以上。结论中的数学量不是3,这是因为不能确保总如此,有的放法可以、但也有放法不可以;结论中的数学量也不是0或1,虽然能确保,但是没啥意义,这属于正确的废话,因为我们真正关心的是那个最大能确保的数字(再大就不能确保了),所以结论是2。

回想一下我们课堂上的推导过程,就会发现抽屉原理体现的其实是最值问题。

  • 最小的最大:在所有能确保的结论当中寻找最大的那个数。
  • 最大的最小:从每一次分配方式中选出苹果最多的抽屉,然后将这些抽屉由大到小排队,结论就是其中最小的那个数。

生活中我们常说,“既要马儿跑,又让马儿少吃草”,这怎么可能呢!但在抽屉原理中,我们就是要做到“既能至少”,“又能确保”。怎么做到呢?这就需要平均分配的思想啦!

举一个贼简单的例子:镇元大仙摘了10个人参果分给孙悟空、猪八戒、沙僧三个师兄弟(为什么没有唐僧?给他了,他不要吃),但要求拿到人参果最多的那个人,分到的人参果数量要尽可能少,这该怎么做呢?

学过奥数最值问题的小朋友肯定知道:当然是平均分配(与之相对应的是“两极分化”最值思想),10/3=3...1,每人分3个,还剩1个,谁拿到这一个谁就分到了最多数量的人参果,且在所有分配方式中,这个最多数量(4个)是最多数量中最小的数。前面这句话是不是有点费解呢?那咱们就换个说法:把10个人参果分给三给人,无论你怎么分,总有一个人会拿到4或4个以上的人参果,换言之,总有一个人会拿到至少4个人参果

哈哈,熟悉抽屉原理的同学立刻乐了,这不就是抽屉原理的结论吗?Yes,抽屉原理本质上就是平均分配。将N个苹果放到m个抽屉里,会有各种各样的放法,但如果把苹果平均分到每个抽屉里,假设N/m=k...r,即每个抽屉都可以放入k个苹果,还余下r个。显然这r个苹果也要放入抽屉中(但不够一个抽屉放1个了,因为r<m,余数总是小于除数),无论怎么放,总会有一个抽屉起码再接收至少1个苹果,即可以得出抽屉原理的结论:“总有一个抽屉放入了至少k 1个苹果”。

So,如果你能透彻理解平均分配这一思想,就能更好得理解抽屉原理。当然你也可以死记公式:

根据“苹果数/抽屉数=k...r”的余数来判断,如果r不为0,则总有一个抽屉放入了至少k 1个苹果;若r为0(即没有余数),则总有一个抽屉放入了至少k个苹果。

然而,这样你就如同一口吞掉人参果的猪八戒一样,根本体会不到数学的妙味了!

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