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第7讲 加法原理与乘法原理
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排列与组合问题是围绕计数问题展开的一类问题。解决此类问题,一般要用到两个常用的原理,即加法原理和乘法原理。
要完成一个任务,如果能分成r类彼此独立的不同方式,第一类方式有种不同的方法可以完成任务,第二类方式有种不同的方法可以完成任务,……,第r方式有种不同的方法完成任务。那么完成这个任务就有种不同的方法,这种分类计数的方法就称为加法原理。
如果完成某项任务要分r个不同的步骤,第一步有种不同的方法完成任务,第二步有种不同的方法完成任务,……,第r步有种不同的方法完成任务。那么完成这个任务就有种不同的方法,这种步骤完成任务的计数方法称为乘法原理。
重点·难点
加法原理、乘法原理以及上一讲的容斥原理是解决计数问题的三个基本原理。应用加法原理和乘法原理,关键是弄清两者之间的本质区别:如果属于分类考虑,则应用加法原理解题,如果属于分步考虑,则应用乘法原理解题。如何根据题意分清究竟是分类还是分步,是本讲的难点。
学法指导
在应用这两个原理解计数问题时必须紧紧抓住“分类还是分步”来区分两种原理。除此以外,解决问题常用的方法还有枚举法、对应法、归纳法等,应根据具体问题灵活采用适当的方法。
经典例题
[例1]如图1所示,在10×10个边长为1的小正方形拼成的棋盘中,求由若干个小方块能拼成的所有正方形的数目。
思路剖析
由小方块所拼成的正方形边长可以取1,2,…,10。这样有十类不同的方式拼出正方形。下面再计算出每类方式有多少种方法拼出正方形。边长为1的正方形显然有10×10个;边长为2的正方形,横边有9种选择:AC,BD,CE,DF,…,IK。类似的,纵边也有9种选择,横边和纵边都选定后正方形就确定了。因此经过两个独立步骤就可以完成拼正方形的任务,由乘法原理可知拼出边长为2的小正方形有9×9个。边长为其他数时可以类似推出。
解答
由乘法原理可得:
边长为1的小正方形有10×10个;
边长为2的小正方形有9×9个;
边长为3的小正方形有8×8个;
……
边长为9的小正方形有2×2个;
边长为10的小正方形有1×1个。
由加法原理,共有
10×10+9×9+…2×2+1×1=100+81+64+49+36+25+16+9+4+1=385(个)
答:共有385个正方形。
[例2]用红、黄、蓝、绿四种颜色给一个五边形(图2)着