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抽屉原理在小学阶段的应用

时间:2022-10-21 11:40:07 来源:网友投稿

摘 要:抽屉原理又称鸽巢原理,举例来说:已有4个鸽笼,现有5只鸽子都要进去,那么总有一个鸽笼里面进去了至少2只鸽子。这个原理可以有很多的应用。

关键词:抽屉原理 集合 元素

中图分类号:G622 文献标识码:A 文章编号:1003-9082(2015)04-0207-01

抽屉原理又称鸽巢原理,是组合数学的一个基本原理,由德国数学家狄利克雷(Dirichlet)于19世纪最先提出,因此,也称为狄利克雷原理,用这个原理可以解决很多存在性问题。这个原理被安排在小学六年级下册的数学广角中,对于小学生来说,有一定的难度,要充分发挥想象力,再结合实际操作,方可理解巩固。

一、抽屉原理的常见形式

1.第一抽屉原理

原理1:把多于n+1个的物体放到n个抽屉里,则总有一个抽屉里的物体至少有2个。也可描述为,把n+1个元素分成n类,不管怎么分,一定有一类中有2个或2个以上的元素。

证明(反证法):假设每个抽屉至多只能放进一个物体,那么物体的总数至多是n,而题设中的总数是n+1,互相矛盾,所以假设不成立。

原理2:把多于mn(m乘以n)个的物体放到n个抽屉里,则总有一个抽屉里的物体至少有m+1个。也可描述为,把多于mn(m乘n)个元素放入n个集合中,总有一个集合中至少有m+1个元素。

证明(反证法):假设每个抽屉至多能放进m个物体,那么n个抽屉里至多放进mn个物体,而题设中的总数是多于mn个,互相矛盾,所以假设不成立。

2.第二抽屉原理

把(mn-1)个物体放入n个抽屉中,其中总有一个抽屉中至多有(m-1)个物体。例如:把4×6-1=23个物体放入6个抽屉中,则必定有一个抽屉中的物体数少于等于(4-1=3)个。

证明(反证法):假设每个抽屉都有不少于m个物体,则总共至少有mn个物体,与题设的(mn-1)矛盾,所以假设不成立。

二、基本解题步骤

1.理解题意

分清什么是“物体”(元素),什么是“抽屉”(集合)。

2.建立抽屉

这一步就是如何制造抽屉,或者说是建立集合,这是关键的一步,要建立怎样的抽屉,建立几个抽屉,每个抽屉里都要装什么“物体”,这就要运用所学知识,抓住数量关系,找准基本数据,来建立合适的抽屉(集合)。

3.装入抽屉

仔细观察题设,结合第二步,想想怎样才能把物体装入抽屉,并运用基本的抽屉原理来解决问题。

三、抽屉原理的常见应用

抽屉原理的内容对于小学生来说,有一定的难度,比较抽象,和常规的四则运算有所不同,里面牵扯到集合等有关内容,学生理解比较困难。可以通过大量的操作和做题来使学生深入理解和提高应用。当然,六年级学生已经有了一定的数学基础,也可以使他们了解一些公式和用字母表示抽屉原理的方法。

例题1: 现有4个鸽笼,有5只鸽子要飞回鸽笼,求证总有一个鸽笼里至少有2只鸽子。

证明:根据原理1,如果每个鸽笼里飞进1只鸽子,那么就一共有4只鸽子在笼子里,还剩1只鸽子必须要飞回其中的一个鸽笼,那么这个鸽笼里就有2只鸽子了,因此总有一个鸽笼里至少有2只鸽子。

这道例题可以引导学生列式:

5÷4=1(只)……1(只)

1+1=2(只)

即总有一个鸽笼里至少有2只鸽子。

通过对这种类型例题的反复练习,可以让学生找出计算这类问题的一般公式来:

如果n÷m=q余d

那么总有一个抽屉里至少有(q+1)个物体。

注意:这里是商+1,而不是商+余数。

例题2:箱子里有3个红色球、5个蓝色球、7个黄色球。若蒙上双眼去摸,为保证取出的球有2个是同色的,则至少要摸几个球出来?

解:把3种颜色看成3个抽屉,若要保证有2个同色,那么摸出的球数目要大于3,大于3的最小数字是4。所以至少要摸出4个球。

计算方法:至少摸出的个数=颜色种数+1

注意:这里不管球的个数,只管颜色种数。

例题3:在10米长的直尺上刻11个点,总有2个点之间的距离不超过1米。

解:把这把直尺平均分成10段,每段1米长,把每段看作一个抽屉,共10个抽屉,把这11个点放到10个抽屉中,总有一个抽屉中有2个点,所以总有2个点之间的距离不超过1米。

例题4:有16名学生去图书馆借书,图书馆现在只有A、B、C、D、E五种类型的书,每个学生最少借一本书,最多可以借两种不同类型的书。求证:必有2个学生所借书的类型相同。

证明:如果每个学生只借一本书,则有A、B、C、D、E五种类型;如果每个学生借两种不同类型的书,则有AB、AC、AD、AE、BC、BD、BE、CD、CE、DE十种类型。

总共15种类型可看作15个抽屉,把这16个学生放入抽屉中,必然有2个学生进了同一个抽屉,所以必有2个学生借了相同类型的书。

例题5:任意7个自然数,必然有2个数的差是6的倍数。

证明:因为任何自然数除以6的余数只有0、1、2、3、4、5共6种情况,这可以看作6个抽屉。

如果用这7个自然数去分别除以6,得到的余数有7个,把这7个自然数放入抽屉,必然有一个抽屉里有2个数,即这2个数分别除以6得到的余数相同,那么这两个数的差必然是6的倍数,即能被6整除。

两个自然数分别除以6,如果余数相同,那么这两个自然数的差能被6整除,这一点,可能有的学生不理解,鉴于六年级学生已经有了用字母表示数等知识的基础,所以可以证明一下这个结论:

如果:a÷b=c余d

e÷b=f余d

那么:bc+d=a

bf+d=e

a-e=b(c-f)

因为(c-f)是自然数,所以(a-e)是b的倍数,即(a-e)能被b整除。

总结

抽屉原理在生活中有着广泛的应用,要想学好抽屉原理,就必须让学生多操作,多动手,多联系实际,并为实际生活服务,让学生在直观的学习中建立抽象的概念和模型,掌握抽屉原理,学会抽屉原理,发展学生的创新能力。