抽屉原理 第一课时

发布 2024-02-29 14:30:07 阅读 5509

课题:抽屉原理。

课时:第1课时。

教学目的:1)学生能够初步学会用抽屉原理解决实际问题;

2)进一步巩固抽屉原理的各种形式;

教学手段:计算机辅助教学。

教学方法:问题教学法。

教学过程:一、从简单的填数谈起。

1、 填数问题。

能否在10×10的方格表的每个空格中分别填上这三个数之一,使得每行、每列及对角线上的各个数字和互不相同?

2、填数问题的求解。

分析】在产生的数字和中,最小为10,最大为30,至多可能出现21种取值情况;而行数、列数与对角线共22,即使21种情况全出现,仍然有两个要重复,所以不可能使得这些数字和互不相同。

二、抽屉原理的基本形式。

1、若有个元素放进个集合,则必存在一个集合至少放2个元素。

2、若把个元素放进个集合,则必存在一个集合至少放有个元素。

3、若把个元素放进个集合,则必存在一个集合至少放有个元素。

4、若,且,则必存在,()使,。

5、若,则必存在;若,则必存在。

6、若把无穷集合分成有限个集合,则必存在一个子集合含有无穷个元素。

7、若把个元素放进个集合,则至少有2个集合的元素一样多。

8、若把个元素放进个集合,则至少有个集合的元素一样多。

9、若把个元素放进个集合,则必有一个集合至多含有个元素。

10、若把个面积为的平面图形放到面积为的平面图形上,并且,则至少存在两个图形有公共点。

填数问题的数学原理解释:显然利用抽屉原理的原始形式就能对此给出正确结论。

三、例题精讲。

例1、任给5个整数,证明必能从其中选出3个,使得它们的和能被3整除。

分析】本问题属于数论方面的问题。

思路:利用整数关于模3的同余类进**况分类与组合。

解答】任意一个整数a,关于模3同余有三种情况,假定任给的5个整数关于模3同余于则;

情况一:全相等。

若全为0,则5个整数都是3的倍数,所以任选三个,其和能被3整除;

若全为1,则任选三个其和关于模3同余为3,即和能被3整除;

若全为2,则任选三个其和关于模3同余为6,即和仍能被3整除。

情况二:只出现两种不同的值,由抽屉原理可知,必然有三个取值相同,此时,不管同为中的任何一个,以下的分析同于情况一。

情况三:三种取值都出现,不妨设则所对应的整数其和关于模3同余为3,即和能被3整除。

评注】该问题将数论问题利用抽屉原理来解决,既清晰又恰到好处。

例2、任何十个不同的两位数之集合必能选出两个不相交的子集,使每个子集的各数之和相等。

分析】该问题属集合范畴,涉及子集及集合相交等基本概念,关于可数有限集合的子集问题,利用抽屉原理进行估数及分析子集之间的关系都是很好的途径。

思路:对可能出现的子集和情况数与子集总数进行对照,在比较选出的子集是否会有相交的情形出现。

解答】显然由十个不同的两位数的集合所产生的子集个数为,除去空集与全集外,还有1022个子集。在这1022个子集中,各数字之和最大为99+98+97+96+95+94+93+92+91=855,最小为10,所以,至多有855—10+1=846个不同的数字。与子集数比较可知,必有两个子集的各数字之和相等。

不妨设为a、b

若,结论成立;若,作,显然为子集,并且各数字之和相等,,所以为所求。

评注】该问题用抽屉原理很容易得到子集a、b,但是接下来的对a、b的讨论分析就需要严密的逻辑思维,因此,通过这类型的例题可以进行这方面的培养与锻炼。

例3、证明:从52个正整数中,必可找出两数使之和或差可被100整除。

分析】该问题仍属于数论方面的问题。但比较例题1,就显得复杂多了。首先关于模100会出现100种同余类,但提供的却只有任意的52个正整数,其次结论要求选出两数进行和或者差运算,这些都增加了解题难度。

如果直接按所有余分类不太容易入手,我们可以尝试将所有余分组以后在分类。

解答】把所有整数按模100的余数进行分组:共51组,设这52个正整数为关于模100同余于。

若中有两数相同,不妨设为则;

若全不相同,由抽屉原理知必有两数同时落在之一中,不妨设落在中,则。

评注】(1)本问题第一步把所有整数按模100的余数进行分组非常关键;

2)本问题还可以进行重新改造。

变形:已知从个正整数中总能找出两数,使之和或差可被100整除,求的最小值。

提示:不行,比如,当时,选,这样的51个数便不符合要求。

四、课后作业。

1)一个棋手用11周时间参加一次比赛,每天至少比赛一局,但为免过于疲劳,他在每连续7天内比赛不超过12局,总共赛132局。求证:必有连续若干天他恰好共赛了21局,是否必有连续若干天他恰好共赛了22局?

此问题可以有另外一种抽象的问法。

变形;设是一个正整数列,满足(),令,求证:对任意正整数,一定有下标和(其中,使地成立。

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