← 返回年级总览 🧠 本年级·深度理解 →

四年级 数学思维训练汇编 — 题库预览

第1讲 多位数计算

多位数与位值原理:理解多位数中每个数位的位值,掌握借位减法、错位相减等方法处理多位数运算。
数位个数的计算:通过分解为 10 的幂或拆分质因数,判断一个大数(如幂的乘积)共有多少位。
重复数字串的拆分:将形如 $\underbrace{99\cdots9}$、$\underbrace{11\cdots1}$ 的重复数字串改写为 $10^n-1$ 等形式,便于化简计算。
末位数字与周期性:利用乘积末位数字的周期规律,求多个相同因数连乘所得数的个位、十位等数字。
循环小数:整数除以 7 等数得到纯循环小数,利用循环节的数字规律求小数点后若干位数字之和。
各位数字之和:通过化简多位数的结构,统计各数位上的数字之和或数字平方和。
1. 在将 $10000000000$ 减去 $101011$ 后所得的答案中,数码 $9$ 共出现________次?
多位数借位减法数码统计
答案
7
解题步骤
$10000000000-101011=9999898989$,数码 $9$ 共出现 $7$ 次.
思路:直接做这个借位减法得到差,再数一数结果中数码 9 出现的次数。
2. 将 $1000^{2011}=\underbrace{1000\times1000\times\cdots\times1000}_{2011\text{个}1000}$ 的数值写下,它有________位数. A. $2012$  B. $6033$  C. $6034$  D. $8044$  E. $2014$
数位个数的计算10的幂
答案
C
解题步骤
共有 $2011\times3+1=6034$ 位数,选 C.
思路:每个 1000 含 3 个 0,2011 个 1000 相乘相当于 1 后面跟 $2011\times3$ 个 0,故位数为 $2011\times3+1$。
3. 已知 $N=\underbrace{2\times2\times2\times\cdots\times2}_{99\text{个}2}\times\underbrace{5\times5\times5\times\cdots\times5}_{88\text{个}5}$,问:$N$ 为几位数?
数位个数的计算配对凑10
答案
92
解题步骤
$N=\underbrace{2\times2\times\cdots\times2}_{11\text{个}2}\times\underbrace{5\times2\times5\times2\times5\times2\times\cdots\times5\times2}_{88\text{个}5\times2}$
$=2048\underbrace{00\cdots0}_{88\text{个}0}$,因此 $N$ 为 $4+88=92$ 位数.
思路:把 88 个 5 各配一个 2 凑成 88 个 10,剩下 11 个 2 相乘为 2048,于是 N 等于 2048 后接 88 个 0。
4. 求 $7+77+777+7777+77777+777777$ 的和的万位数字是________.
重复数字串求和提取公因数
答案
6
解题步骤
原式 $=7\times(1+11+111+1111+11111+111111)$
$=7\times123456$
$=864192$,容易判断和的万位数字是 6.
思路:把每个加数提出公因数 7,括号内是 123456,乘以 7 后直接看结果的万位数字。
5. $a\div7$ 化成小数后,小数点后________个数字之和是 $2008$,这时 $a=$________.
循环小数循环节数字和
答案
446;2
解题步骤
$a\div7$ 得到的是纯循环小数,循环节是由 $1$、$4$、$2$、$8$、$5$、$7$ 这 $6$ 个数字组成的,数字之和是 $1+4+2+8+5+7=27$,$2008\div27=74\cdots\cdots10$,相邻数字和为 $10$ 的只有 $2+8=10$,所以循环节只能是 $285714$,小数点后 $6\times74+2=446$ 个数字之和是 $2008$,此时 $a=2$.
思路:整数除以 7 得纯循环小数,循环节六个数字和为 27;用 2008 除以 27 找整周期数及余数,再由余下数字和定位循环节起点,从而确定位数和 a 的值。
6. $\underbrace{999\cdots999}_{2005\text{个}9}\times\underbrace{999\cdots999}_{2005\text{个}9}+\underbrace{999\cdots999}_{2005\text{个}9}$ 的得数的末尾有________个零.
重复数字串的拆分提取公因数
答案
2005
解题步骤
原式 $=\underbrace{999\cdots999}_{2005\text{个}9}\times\underbrace{1000\cdots000}_{2005\text{个}0}$,因此末尾有 $2005$ 个 $0$.
思路:提出公因数后括号内是 $\underbrace{99\cdots9}+1=\underbrace{100\cdots0}$,于是原式化为一个数乘以 1 后跟 2005 个 0,末尾零的个数即为 2005。
7. $\underbrace{111\cdots11}_{2010\text{个}1}\times\underbrace{999\cdots99}_{2010\text{个}9}$ 的乘积中含有________个偶数数码.
重复数字串的拆分错位相减偶数数码统计
答案
2010
解题步骤
$\underbrace{111\cdots11}_{2010\text{个}1}\times\underbrace{999\cdots99}_{2010\text{个}9}=\underbrace{111\cdots11}_{2010\text{个}1}\times(1\underbrace{000\cdots00}_{2010\text{个}0}-1)$
$=\underbrace{111\cdots11}_{2010\text{个}1}\underbrace{000\cdots00}_{2010\text{个}0}-\underbrace{111\cdots11}_{2010\text{个}1}$
$=\underbrace{111\cdots11}_{2009\text{个}1}0\underbrace{888\cdots889}_{2009\text{个}8}$,因此含有 $2009+1=2010$ 个偶数数码.
思路:把 $\underbrace{99\cdots9}$ 写成 $10^{2010}-1$,乘开后错位相减,得到结果中间一个 0、随后 2009 个 8 再加末位 9,偶数数码为 0 与 8,共 $1+2009=2010$ 个。
8. $9\times\underbrace{33\cdots33}_{2005\text{个}3}\times\underbrace{55\cdots55}_{2005\text{个}5}$ 的各位数字的平方和为________.
重复数字串的拆分各位数字平方和
答案
90215
解题步骤
$9\times\underbrace{33\cdots33}_{2005\text{个}3}\times\underbrace{55\cdots55}_{2005\text{个}5}=3\times\underbrace{99\cdots99}_{2005\text{个}9}\times\underbrace{55\cdots55}_{2005\text{个}5}$
$=3\times(\underbrace{55\cdots55}_{2005\text{个}5}\underbrace{00\cdots00}_{2005\text{个}0}-\underbrace{55\cdots55}_{2005\text{个}5})$
$=3\times\underbrace{55\cdots55}_{2004\text{个}5}\underbrace{44\cdots445}_{2005\text{个}4}$
$=1\underbrace{66\cdots66}_{2004\text{个}6}\underbrace{33\cdots335}_{2005\text{个}3}$,上式结果的各位数字的平方和为 $1^{2}+6^{2}\times2004+3^{2}\times2005+5^{2}=90215$.
思路:先把 $9\times\underbrace{33\cdots3}$ 化为 $3\times\underbrace{99\cdots9}$,再用 $10^n-1$ 错位相减逐步化简,得到由 1、若干 6、若干 3 和末位 5 组成的数,最后按数字出现次数计算各位数字的平方和。
9. 若 $x=\underbrace{1212\cdots12}_{24\text{个}12}\times\underbrace{333\cdots3}_{48\text{个}3}$,则整数 $x$ 的所有数位上数字的和是________.
重复数字串的拆分错位相减各位数字之和
答案
432
解题步骤
$\underbrace{1212\cdots12}_{24\text{个}12}\times\underbrace{333\cdots3}_{48\text{个}3}=4\underbrace{0404\cdots04}_{23\text{个}04}\times\underbrace{999\cdots9}_{48\text{个}9}$
$=4\underbrace{0404\cdots04}_{23\text{个}04}\times(1\underbrace{000\cdots0}_{48\text{个}0}-1)$
$=4\underbrace{0404\cdots04}_{23\text{个}04}\underbrace{000\cdots0}_{48\text{个}0}-4\underbrace{0404\cdots04}_{23\text{个}04}$
$=\underbrace{40404\cdots4039}_{23\text{个}40}\underbrace{59\cdots596}_{23\text{个}59}$,各位数字之和是 $4\times23+3+9+(5+9)\times23+6=432$.
思路:把 $\underbrace{333\cdots3}$ 化成 $\frac13$ 形式即 $3\times\underbrace{11\cdots1}$,进而用 $10^n-1$ 错位相减,化简出由重复的 40 段和 59 段构成的数,再按各段数字出现次数求和。
10. 计算:$12345678987654321\times9=$________.
重复数字串的拆分完全平方数规律
答案
111111110888888889
解题步骤
原式 $=(111111111)^{2}\times9$
$=999999999\times111111111$
$=111111111000000000-111111111$
$=111111110888888889$.
思路:注意 $12345678987654321=(111111111)^2$,于是原式化为 $999999999\times111111111$,再用错位相减求得结果。
11. 有一个 $2007$ 位的整数,其每个数位上的数字都是 $9$,这个数与它自身相乘,所得的积的各个数位上的数字的和是________.
重复数字串的拆分错位相减各位数字之和
答案
18063
解题步骤
要求积的各个数位上的数字和,应先把乘积计算出来. $2007$ 位的整数,其每个数位上的数字都是 $9$,它可以表示为 $\underbrace{99\cdots99}_{2007\text{个}9}$,这个数与它自身相乘,即 $\underbrace{99\cdots99}_{2007\text{个}9}\times\underbrace{99\cdots99}_{2007\text{个}9}$,下面进行计算:
$\underbrace{99\cdots99}_{2007\text{个}9}\times\underbrace{99\cdots99}_{2007\text{个}9}=\underbrace{99\cdots99}_{2007\text{个}9}\times(1\underbrace{00\cdots00}_{2007\text{个}0}-1)$
$=\underbrace{99\cdots99}_{2007\text{个}9}\underbrace{00\cdots00}_{2007\text{个}0}-\underbrace{99\cdots99}_{2007\text{个}9}$
$=\underbrace{99\cdots99}_{2006\text{个}9}8\underbrace{00\cdots00}_{2006\text{个}0}1$,乘积的数字和为 $9\times2006+8+1=9\times2007$
$=18063$.
思路:将该数记为 $10^{2007}-1$,平方后错位相减,得到由 2006 个 9、一个 8、2006 个 0 和末位 1 组成的数,再按数字出现次数求各位数字之和。
12. 计算: $8+88+888+8888+88888+888888+8888888+88888888+888888888+8888888888+88888888888$
重复数字串求和提取公因数
答案
98765432088
解题步骤
原式 $=8\times(1+11+111+\cdots+11111111111)$
$=8\times12345679011$
$=98765432088$.
思路:提出公因数 8,括号内各项 1、11、111…相加得 12345679011,再乘以 8。
13. 把 $8,88,888,\cdots,\underbrace{888\cdots8}_{1992\text{个}8}$ 这 $1992$ 个数相加,所得和的个位数字是________,十位数字是________,百位数字是________.
重复数字串求和进位与各数位数字
答案
6,1,2
解题步骤
个位和为:$8\times1992=15936$  个位数字为:$6$
十位和为:$8\times1991+1593=17521$  十位数字为:$1$
百位和为:$8\times1990+1752=17672$  百位数字为:$2$
思路:逐位统计:个位上有 1992 个 8 相加;十位上有 1991 个 8 相加并加上个位的进位;百位上有 1990 个 8 相加并加上十位的进位,依次取每一位的个位数字即得结果。
14. $\underbrace{3\times3\times\cdots\times3}_{2006\text{个}3}$ 减去 $\underbrace{7\times7\times\cdots\times7}_{100\text{个}7}$,得数的个位数字是________.
末位数字与周期性尾数规律
答案
8
解题步骤
多个 $3$ 相乘,尾数有周期现象,$3^{1}=3$,$3^{2}=9$,$3^{3}=27$,$3^{4}=81$,$\cdots$ 周期为 $3,9,7,1$,$2006\div4=501\cdots\cdots2$,则 $3^{2006}$ 的尾数为 $9$,同理,多个 $7$ 相乘的尾数也有周期现象,周期为 $7,9,3,1$,$100\div4=25$,所以 $7^{100}$ 尾数为 $1$,$3^{2006}-7^{100}$ 的个位是 $9-1=8$.
思路:利用 3 的幂尾数周期 (3,9,7,1) 和 7 的幂尾数周期 (7,9,3,1),分别求出 $3^{2006}$ 与 $7^{100}$ 的个位数字,再相减取个位。
15. 有一个 $77$ 位数,它的各位数字都是 $1$,这个数除以 $7$,余数是________.
重复数字串的拆分整除与余数
答案
2
解题步骤
因为 $111111\div7=15873$,所以由六个数字 $1$ 组成的六位数必定是 $7$ 的倍数,又 $77$ 被 $6$ 除余 $5$,从而 $\underbrace{11\cdots1}_{77\text{个}1}=\underbrace{1\cdots10}_{6\text{个}1}\cdots0+\underbrace{1\cdots10}_{6\text{个}1}\cdots0+\cdots+\underbrace{1\cdots10}_{6\text{个}1}\cdots0+\underbrace{1\cdots1}_{5\text{个}1}$,所以 $\underbrace{11\cdots1}_{77\text{个}1}$ 和 $\underbrace{1\cdots1}_{5\text{个}1}$ 被 $7$ 除所得余数相同,而 $\underbrace{1\cdots1}_{5\text{个}1}\div7=1587\cdots\cdots2$,所以 $\underbrace{11\cdots1}_{77\text{个}1}$ 被 $7$ 除,余数是 $2$.
思路:由于 111111 是 7 的倍数,可把 77 个 1 每 6 位一组拆出整除部分,余下 $77\div6$ 的余数 5 个 1,于是原数与 11111 被 7 除余数相同,算得余数为 2。

第2讲 整数巧算

拆分凑整:将加数或因数拆成整十、整百、整千的数与一个小数之和,便于分组凑整计算。
乘法分配律:运用$a\times(b+c)=a\times b+a\times c$及其逆用,提取公因数把多项乘积合并简化。
补数法:把接近整十整百整千的数补足为整数后计算,再减去多补的部分,适用于$9999$、$99999$等。
拆数与重复单位:把$20062006$、$10001$、$111111$等含重复数字的数写成简单因数与单位的乘积,从而约简或抵消。
同除数合并:除数相同的若干项可先把被除数相加再统一相除,简化除法运算。
和定积变:两数之和一定时,两数越接近积越大、越远离积越小,可用于比较乘积大小。
等差数列错位相减:将奇数列与偶数列对齐相减,利用每对相差为定值快速求差。
1. 计算:$28+208+2008+20008=$ ________.
拆分凑整加法巧算
答案
22252
解题步骤
原式$=(20+8)+(200+8)+(2000+8)+(20000+8)$
$=20+200+2000+20000+8\times4$
$=22252$
思路:将每个加数拆成整十整百整千与个位数8之和,整十整百整千分别相加,再加上4个8。
2. 计算:$(1+3+5+\cdots+2011)-(2+4+6+\cdots+2010)=$ ________.
错位相减等差数列加减巧算
答案
1006
解题步骤
$1\sim2011$中奇数1006个,偶数1005个,可以用竖式来表示这个算式:
$$\begin{array}{r}1+3+5+\cdots+2011\\-\quad 2+4+6+\cdots+2010\\\hline 1+1+1+\cdots+\ 1\end{array}$$
因此结果为$1006$.
思路:将奇数列与偶数列对齐相减,每对相邻的奇偶数之差均为1,最后多出一个1,差恰为奇数的个数1006。
3. 计算:$(99999+9999+999+99+9)\div9=$ ________.
补数法除法巧算
答案
12345
解题步骤
原式$=9\times(11111+1111+111+11+1)\div9$
$=11111+1111+111+11+1$
$=12345$
思路:每个由9组成的数都是9的倍数,提取公因数9后与除数9约去,再把各数相加。
4. 计算:$(6789+7896+8967+9678)\div5=$ ________.
数字和除法巧算
答案
6666
解题步骤
原式$=1111\times(6+7+8+9)\div5$
$=6666$
思路:四个加数由相同数字6、7、8、9循环排列组成,各数位之和均为$6+7+8+9=30$,整体相加为$1111\times30$,再除以5。
5. 在下面四个算式中,得数最小的算式是________. ①$2002\times1999-1999$ ②$2003\times1998-1998$ ③$2004\times1997-1997$ ④$2005\times1996-1996$
乘积比较和定差大积小
答案
解题步骤
①$2002\times1999-1999=2001\times1999$,②$2003\times1998-1998=2002\times1998$,③$2004\times1997-1997=2003\times1997$,④$2005\times1996-1996=2004\times1996$。
两个数的和一定,两个数越接近,它们的乘积越大,相反的,两个数越远离,它们的乘积越小。所以,得数最小的算式是④。
思路:先把每个算式化为两数之积,发现四个积的两因数之和均相等;由和一定时两数相差越大积越小,可知差距最大的④最小。
6. 计算:$[2010+2009\times(2010+1)]\div(2010\times2011-1)=$ ________.
整体代换乘法分配律
答案
1
解题步骤
原式$=(2010+2009\times2010+2009)\div(2010\times2011-1)$
$=(2010\times2010+2009)\div(2010\times2011-1)$
$=(2010\times2010+2009)\div(2010\times2010+2010-1)$
$=(2010\times2010+2009)\div(2010\times2010+2009)$
$=1$
思路:展开分子并配凑,使分子与分母化为完全相同的表达式,从而商为1。
7. 计算:$2010\times2011-2009\times2012=$ ________.
乘法分配律拆分
答案
2
解题步骤
原式$=2009\times2011+2011-2009\times2012$
$=2011-2009$
$=2$
思路:将$2010$拆成$2009+1$,提出公因数$2009$后相互抵消,余下$2011-2009$。
8. 计算:$6\times4444\times2222+3333\times5555$ 的得数中有________个数字是奇数.
提取公因数数位分析
答案
4
解题步骤
原式$=1111\times1111\times6\times4\times2+1111\times1111\times3\times5$
$=1111\times1111\times63$
$=1111\times1111\times9\times7$
$=9999\times7777$
$=(10000-1)\times7777$
$=77762223$
有$4$个数字是奇数。
思路:将各数都写成$1111$的倍数,提出公因数后合并,化为$9999\times7777$用补数法计算,最后数出结果中奇数数字的个数。
9. 计算:$20062007\times2007-2006\times20072007=$ ________.
拆数乘法分配律
答案
2007
解题步骤
原式$=20062006\times2007+2007-20072007\times2006$
$=2006\times10001\times2007-2007\times10001\times2006+2007$
$=2007$
思路:利用$20062007=2006\times10001+2007$、$20072007=2007\times10001$拆开,两个大乘积相互抵消,只剩$2007$。
10. 计算:$33\times20102010-2010\times330033=$ ________.
提取公因数拆数
答案
0
解题步骤
原式$=33\times(2010\times10001)-2010\times(33\times10001)$
$=0$
思路:把$20102010$与$330033$分别写成$2010\times10001$、$33\times10001$,两项完全相等,差为0。
11. 计算:$9999\times7777+3333\times6666=$ ________.
提取公因数乘法分配律补数法
答案
99980001
解题步骤
原式$=9999\times7777+3333\times3\times2222$
$=9999\times7777+9999\times2222$
$=9999\times9999$
$=9999\times10000-9999$
$=99980001$
思路:将$3333\times6666$改写为$9999\times2222$,凑出公因数$9999$,合并为$9999\times9999$后用补数法计算。
12. 计算:$2006\times111111111111-1111\times200620062006=$ ________.
拆数提取公因数
答案
0
解题步骤
原式$=2006\times111111111111-1111\times2006\times100010001$
$=2006\times111111111111-2006\times111111111111$
$=0$
思路:把$200620062006$写成$2006\times100010001$,与$1111$相乘后恰等于$2006\times111111111111$,两项相消得0。
13. 计算: $20092009\times201020102010-20102010\times200920092009=$ ________.
拆数提取公因数
答案
0
解题步骤
原式$=2009\times10001\times2010\times100010001-2010\times10001\times2009\times100010001$
$=0$
思路:将各因数都拆成$2009$、$2010$与重复单位($10001$、$100010001$)的乘积,两项因数完全相同,差为0。
14. 计算:$999999\times555555-222222\times999999=$ ________.
提取公因数补数法
答案
333332666667
解题步骤
原式$=999999\times(555555-222222)$
$=999999\times333333$
$=(1000000-1)\times333333$
$=333332666667$
思路:提取公因数$999999$后括号内相减,再用补数法$(1000000-1)$计算大数乘法。
15. 计算:$1234\div9+3214\div9+5100\div9+451\div9=$ ________.
同除数合并除法巧算
答案
1111
解题步骤
原式$=(1234+3214+5100+451)\div9$
$=9999\div9$
$=1111$
思路:除数相同,先把被除数相加得$9999$,再一次除以9。
16. 计算:$17\times47+47\times13+19\times6+6\times34=$ ________.
乘法分配律提取公因数
答案
2010
解题步骤
原式$=17\times47+47\times13+47\times6+19\times6+6\times34$
$=47\times(17+13)+6\times(47+19+34)$
$=47\times30+6\times100$
$=1410+600$
$=2010$
思路:分别对含47与含6的项提取公因数,凑成整十整百后相加。
17. 计算:$98+197+2996+39995+499994+5999993+69999992+799999991=$ ________.
补数法凑整
答案
876543256
解题步骤
原式$=(98+2)+(197+3)+(2996+4)+(39995+5)+(499994+6)+(5999993+7)+(69999992+8)+(799999991+9)-(2+3+4+5+6+7+8+9)$
$=100+200+3000+40000+500000+6000000+70000000+800000000-44$
$=876543300-44$
$=876543256$
思路:每个加数都接近整十整百的数,先补足成整十整百整千…相加,再减去多补的总和$2+3+\cdots+9$。
18. 计算:$(1419+14319+143319+1433319+14333319)\div43=$ ________.
除法分配逐项相除
答案
370365
解题步骤
原式$=1419\div43+14319\div43+143319\div43+1433319\div43+14333319\div43$
$=33+333+3333+33333+333333$
$=370365$
思路:括号内每个数都是43的倍数,分别除以43得到由3组成的数,再相加。
19. 计算:$201\times891\div111+201\times73\div37=$ ________.
除法巧算乘法分配律
答案
2010
解题步骤
原式$=201\times891\div3\div37+201\times73\div37$
$=201\times297\div37+201\times73\div37$
$=201\times(297+73)\div37$
$=201\times370\div37$
$=2010$
思路:把$\div111$化为$\div3\div37$,使两项有相同的$\div37$,提取公因数后合并计算。
20. 计算:$12345\times2345+2469\times38275=$ ________.
拆数乘法分配律
答案
123450000
解题步骤
原式$=12345\times2345+2469\times5\times7655$
$=12345\times2345+12345\times7655$
$=12345\times(2345+7655)$
$=12345\times10000$
$=123450000$
思路:将$2469\times5$凑成$12345$,提出公因数$12345$后括号内$2345+7655=10000$。

第3讲 小数计算

小数四则运算:掌握小数的加、减、乘、除运算法则,注意小数点对齐与小数点位置的确定。
乘法分配律与简便计算:运用乘法分配律 $a\times(b+c)=a\times b+a\times c$ 正用与逆用提取公因数,以及加法交换结合律进行凑整简算。
因数调整与凑整:通过移动小数点(保持积或商不变)把算式调整出公因数或凑成整十、整百等,从而简化计算。
小数点移动规律:小数点向右(左)移动$n$位,数就扩大(缩小)到原来的$10^n$倍,结合和差倍问题求原数。
循环小数与错位相减:识别无穷递缩小数之和形成的循环小数,并用错位相减(乘$10$后相减)求其精确值。
整数部分与小数部分:用 $[x]$ 表示整数部分、$\{x\}$ 表示小数部分,列方程求解含小数部分变化的问题。
估算与夹逼:对位数很多的除法用首几位近似估算,并用上下界夹逼确定商的小数点后若干位数字。
1. 计算: ① $732066\times55555\times(4-3.2\div0.8)=$ ______; ② $3.49+4.47+3.51+2.38+4.53+4.62=$ ______; ③ $0.5\times[(5.2+1.8-5.2+1.8)\div(1-0.75)]=$ ______; ④ $999\times87.5+87.5=$ ______.
小数四则运算凑整与简便计算乘法分配律
答案
①$0$;②$23$;③$7.2$;④$87500$
解题步骤
①原式$=732066\times55555\times(4-4)\\$
$=0$
②原式$=(3.49+3.51)+(4.47+4.53)+(2.38+4.62)\\$
$=7+9+7\\$
$=23$
③原式$=0.5\times3.6\div0.25\\$
$=0.5\div0.25\times3.6\\$
$=7.2$
④原式$=87.5\times(999+1)\\$
$=87.5\times1000\\$
$=87500$
思路:先观察各式特点:①括号内可先算出为0使整体为0;②利用加法交换结合律凑整;③化简括号并利用除法性质;④逆用乘法分配律凑整千。
2. 计算:$12.34+23.45+34.56+45.67+56.78+67.89+78.91+89.12+91.23=$ ______.
小数加法等差数列求和凑整与简便计算
答案
$499.95$
解题步骤
原式$=(1+2+3+\cdots+9)\times10+(1+2+3+\cdots+9)\times1+(1+2+3+\cdots+9)\times0.1\\\quad+(1+2+3+\cdots+9)\times0.01\\$
$=(1+2+3+\cdots+9)\times(10+1+0.1+0.01)\\$
$=45\times11.11\\$
$=499.95$
思路:把各加数按数位拆分,发现各数位上的数字之和都是$1+2+\cdots+9=45$,再用乘法分配律合并。
3. 计算:$1.1+1.3+1.5+\cdots+9.9=$ ______.
等差数列求和小数加法
答案
$247.5$
解题步骤
原式$=(11+13+15+\cdots+99)\div10\\$
$=(11+99)\times45\div2\div10\\$
$=110\times45\div2\div10\\$
$=11\times45\div2\\$
$=247.5$
思路:这是公差为$0.2$的等差数列,先扩大10倍化为整数数列,用等差数列求和公式(首项加末项乘项数除以2)后再缩小10倍。
4. 计算:$0.32\times25\times12.5=$ ______.
小数乘法拆分凑整
答案
$100$
解题步骤
原式$=0.4\times0.8\times25\times12.5\\$
$=(0.4\times25)\times(0.8\times12.5)\\$
$=10\times10\\$
$=100$
思路:把$0.32$拆成$0.4\times0.8$,使其分别与$25$、$12.5$凑成整十数相乘。
5. 计算:$(3.9\times5.5\times6.3\times3.6)\div(1\times3\times5\times7\times0.9\times1.1\times1.3)=$ ______.
小数乘除法因数分解凑整约分
答案
$3.6$
解题步骤
原式$=(3.9\times5.5\times6.3\times3.6)\div[(3\times1.3)\times(5\times1.1)\times(7\times0.9)]\\$
$=3.6$
思路:把分母中的因数两两组合得到$3.9$、$5.5$、$6.3$,与分子对应约去,只剩下$3.6$。
6. $(2011-9)\div0.7\div1.1$ 的计算结果是 ______.
小数除法因数分解简便计算
答案
$2600$
解题步骤
原式$=2002\div0.7\div1.1\\$
$=2\times7\times11\times13\div0.7\div1.1\\$
$=2\times(7\div0.7)\times(11\div1.1)\times13\\$
$=2\times10\times10\times13\\$
$=2600$
思路:先算出$2011-9=2002$并分解为$2\times7\times11\times13$,再让$7\div0.7$、$11\div1.1$分别凑成整十,简化计算。
7. 某数的小数点向右移一位,则数值比原来大 $25.65$.原小数是 ______. A.$2.565$\quad\quad B.$2.56$\quad\quad C.$2.855$\quad\quad D.$2.85$
小数点移动规律和差倍问题
答案
$D$
解题步骤
小数点向右移动一位,则扩大10倍,比原数增加了9倍,因此原数为 $25.65\div(10-1)=2.85$,故选 D.
思路:小数点右移一位即扩大到原来的10倍,多出的部分恰好是原数的9倍,用差除以倍数差即可求出原数。
8. 计算:$0.1+0.06+0.006+0.0006+0.00006+\cdots=$ ______.
循环小数错位相减法无穷递缩数列
答案
$0.1\overline{6}$
解题步骤
方法一:根据规律可以直接看到结果中的小数部分应该由 $1$ 个 $1$ 和无数个 $6$ 组成,所以结果为 $0.1\overline{6}$.
方法二:令 $s=0.1+0.06+0.006+0.0006+0.00006+\cdots$ ①
则 $10s=1+0.6+0.06+0.006+0.0006+\cdots$ ②
②$-$①得
$9s=1+0.6-0.1$
$s=0.1\overline{6}$
思路:观察相加结果是十分位为1、之后各位均为6的循环小数;也可用错位相减法,把和的10倍减去原和消去无穷部分求得结果。
9. 把一个小数的小数部分扩大 $4$ 倍,这个小数就变成 $6.6$;把这个小数部分扩大 $8$ 倍,这个小数变成 $9.2$.原来这个小数是 ______.
小数的整数部分与小数部分和差问题设未知数
答案
$4.65$
解题步骤
设原来这个小数为 $x$,则有 $x=[x]+\{x\}$.根据题意有
$[x]+4\{x\}=6.6$ ①
$[x]+8\{x\}=9.2$ ②
②$-$①得
$4\{x\}=9.2-6.6$
$\{x\}=0.65$
代入①得 $[x]=4$
所以原来的小数是 $4.65$.
注:$[x]$ 表示小数的整数部分,$\{x\}$ 表示小数的小数部分。例如 $x=3.87$,则 $[x]=3$,$\{x\}=0.87$.
思路:用整数部分与小数部分分别表示,列出两个等式,相减消去整数部分求出小数部分,再回代求整数部分。
10. 计算:$2010\times0.25-210\div4=$ ______.
小数乘除法乘法分配律除法化乘法
答案
$450$
解题步骤
原式$=2010\times0.25-210\times0.25\\$
$=(2010-210)\times0.25\\$
$=1800\times0.25\\$
$=450$
思路:把$210\div4$化为$210\times0.25$,使两项有相同因数$0.25$,再逆用乘法分配律提取公因数。
11. 计算:$67\times8.1+67\times10.1+67\times12.1-67\times0.3=$ ______.
乘法分配律小数加减法
答案
$2010$
解题步骤
原式$=67\times(8.1+10.1+12.1-0.3)\\$
$=67\times30\\$
$=2010$
思路:四项都有公因数$67$,逆用乘法分配律提取后,括号内小数相加减恰好得整数$30$。
12. 计算:$1.25\times67.875+25\times33.9375+1250\times0.053375=$ ______.
乘法分配律因数调整凑整
答案
$1000$
解题步骤
原式$=1.25\times67.875+1.25\times678.75+1.25\times53.375\\$
$=1.25\times(67.875+678.75+53.375)\\$
$=1.25\times800\\$
$=1000$
思路:把各项因数调整为带有公因数$1.25$的形式(同时另一因数相应变化),再用乘法分配律合并,括号内凑成$800$。
13. 计算:$20.09\times31.5+2.009\times317+200.9\times3.68=$ ______.
乘法分配律因数调整凑整
答案
$2009$
解题步骤
原式$=20.09\times31.5+20.09\times31.7+20.09\times36.8\\$
$=20.09\times(31.5+31.7+36.8)\\$
$=2009$
思路:调整各项使其都含公因数$20.09$(移动小数点保持积不变),再用乘法分配律合并,括号内之和为$100$。
14. 计算:$379\times0.00038+159\times0.00621+3.79\times0.121=$ ______.
乘法分配律因数调整凑整
答案
$1.59$
解题步骤
原式$=3.79\times0.038+159\times0.00621+3.79\times0.121\\$
$=3.79\times(0.038+0.121)+159\times0.00621\\$
$=3.79\times0.159+159\times0.00621\\$
$=0.159\times(3.79+6.21)\\$
$=0.159\times10\\$
$=1.59$
思路:通过移动小数点把各项调整出公因数,分两步用乘法分配律合并,最终括号内凑成整数$10$。
15. 若 $A=12345678910111213\div31211101987654321$,那么 $A$ 的值是一个小数,这个小数的小数点后的前三位数字是 ______.
估算除法商不变性质小数点后数位估计
答案
$395$
解题步骤
本题利用估算,除数与被除数的位数相同,将除数与被除数的小数点同时向左移动相同的若干位商不变。由于只求小数点后三位的数字,则将被除数、除数均保留$4$位进行计算即可:
$A=12345678910111213\div31211101987654321\approx1235\div3121$
$=0.3957\cdots$
有 $1234\div3122<A<1235\div3121$
$0.3952<A<0.3957$
因此小数点后的前三位数字是 $395$.
思路:利用商不变性质把被除数和除数都取前四位近似,做估算并用上下界夹逼确定小数点后前三位数字。

第4讲 数列

等差数列:相邻两项之差相等的数列,掌握通项、项数公式与首末项关系。
等差数列求和:利用“(首项+末项)×项数÷2”求等差数列各项之和,是本讲核心方法。
数列规律:通过观察相邻项的差、比或结构,找出数列的生成规律并推算指定项。
逐差法:对相邻两项作差得到新数列,从而把复杂数列转化为等差数列求解。
斐波那契数列:从第三项起每一项等于前两项之和的特殊数列。
分组与周期:把数列按一定规律分组或按周期划分,分段统计或推算。
倒推法:从已知的末项出发反向逐步推算,求出起始项或中间项。
最值与逆推:在自然数和一定的限制下,用连续小数列安排取得项数最值等极值问题。
1. 下面是一串有规律的数: $$9,20,33,48,65,84,\cdots$$ 这串数中的第 41 个数是________.
数列规律等差数列求和逐差法
答案
2009
解题步骤
根据规律知,$20=9+11$,$33=9+11+13$,$48=9+11+13+15$,因此第 41 个数应该有 41 个加数,并且是从 9 开始的连续奇数,所以第 41 个数是 $9+11+13+\cdots+(9+40\times2)=2009$。
思路:观察相邻两数的差构成连续奇数,把第 $n$ 个数写成从 9 开始 $n$ 个连续奇数之和,再用等差数列求和。
2. 下面是一串有规律的数: $$9,22,39,60,85,114,\cdots$$ 这串数中的第 30 个数是________.
数列规律等差数列求和逐差法
答案
2010
解题步骤
根据规律知,$22=9+13$,$39=9+13+17$,$60=9+13+17+21$,所以第 30 个数是 $9+13+17+\cdots+(9+29\times4)=2010$。
思路:相邻两数之差是公差为 4 的等差数列,把第 $n$ 个数表示为从 9 开始 $n$ 个数之和,再求和。
3. 2008 年在中国北京举办奥运会,已知第一届现代奥运会于 1896 年在雅典举行,其后每四年举行一次,这样北京奥运会是第________届.
等差数列项数公式
答案
29
解题步骤
等差数列求项数,项数 $=(\text{末项}-\text{首项})\div\text{公差}+1$,$(2008-1896)\div4+1=29$,这样北京奥运会是第 29 届。
思路:奥运年份构成首项 1896、公差 4 的等差数列,用项数公式求出 2008 年是第几项。
4. 下面是一串有规律的数: $$1,\frac{2}{3},\frac{5}{8},\frac{13}{21},\frac{34}{55},\cdots$$ 这串数中的第 7 个数是________.
斐波那契数列数列规律
答案
$\frac{233}{377}$
解题步骤
把每个数的分子、分母按顺序展开,得到一个类斐波那契数列:$1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,\cdots$
所以这串数的第 7 个数为 $\frac{233}{377}$。
思路:分子与分母各自构成斐波那契数列(后一项等于前两项之和),分别推出第 7 个数的分子与分母。
5. $1+3=2\times2$; $1+3+5=3\times3$; $1+3+5+7=4\times4$, 请问:$1+3+5+\cdots+2011=$________$\times$________.
连续奇数求和平方数规律
答案
$1006\times1006$
解题步骤
从 1 开始连续 $n$ 个奇数的和为 $n^{2}$。$(2011-1)\div2+1=1006$,所以答案为 $1006\times1006$。
思路:连续奇数之和等于奇数个数的平方,先求出从 1 到 2011 共有多少个奇数。
6. 有一列正整数 $1,2,3,4,\cdots,9,10,11,12,\cdots$,顺次排成 $123456789101112\cdots$。第 11 个数字是 0,第 15 个数字是 2;从第一位到第 207 位上的所有数字和是________.
数字排列位数统计数位求和
答案
921
解题步骤
从 1 到 99 共有 $9+90\times2=189$(位)数,还有 $207-189=18$(位)数,因此这个 207 位数是 $123\cdots99100101102103104105$,所有的数字之和为 $45+55+65+\cdots+135+1\times6+1+2+3+4+5=921$。
思路:先确定第 207 位落在两位数中的位置,再分段统计各数位上数字之和并相加。
7. 一群小朋友分一堆糖。第 1 个小朋友拿了 1 块,第 2 个小朋友拿了 2 块,第 3 个小朋友拿了 3 块……依次类推,后拿糖的小朋友都比前面拿的小朋友多拿 1 块,这样小朋友刚好把这堆糖分光。如果平均分一分,每个小朋友刚好分到 10 块糖。这堆糖共有________块.
等差数列平均数和=平均数×个数
答案
190
解题步骤
等差数列的平均数就是首项与末项的平均数,例如 1 到 100 的平均数 $(1+2+3+\cdots+100)\div100=(1+100)\times100\div2\div100$
$=(1+100)\div2$,所以共有 $10\times2-1=19$(个)小朋友,因此这堆糖共有 $19\times10=190$(块)。
思路:平均每人 10 块即等差数列的平均数,由平均数等于首末两项平均求出人数,再乘平均数得总数。
8. 在啤酒节上,六个好朋友 $A$、$B$、$C$、$D$、$E$ 和 $F$ 要比赛喝啤酒。比赛规则很简单,那就是每一个人都必须不断地、尽量地喝,直到不省人事为止,看看在倒下之前谁喝得最多。$A$ 首先退出了这场比赛——他昏睡过去,成为另外五人的笑料。每人喝了 $3$ 升后,$B$ 也倒在了桌子下。每人又喝了 $3$ 升,$C$ 终于无法站立……,直到 $F$ 也昏睡过去。一旁的店主帮他们计算了一下:这六个人一共喝光了 $63$ 升啤酒。那么,每个人各喝了几升?
等差数列等差数列求和逆推
答案
$A$ 喝了 3 升,$B$ 喝了 6 升,$C$ 喝了 9 升,$D$ 喝了 12 升,$E$ 喝了 15 升,$F$ 喝了 18 升
解题步骤
第一次六人共喝了 $63-3\times5-3\times4-3\times3-3\times2-3=18$(升),所以 $A$ 喝了 $18\div6=3$(升),$B$ 喝了 $3+3=6$(升),$C$ 喝了 $6+3=9$(升),$D$ 喝了 $9+3=12$(升),$E$ 喝了 $12+3=15$(升),$F$ 喝了 $15+3=18$(升)。
思路:六人喝量构成公差 3 的等差数列,由总和 63 升用等差数列求和反推首项,再依次相加。
9. 将连续正整数依下列方式分组: $$(1),(2,3),(4,5,6),(7,8,9,10),\cdots$$ 其中第一组有 1 个数,第二组有 2 个数,第三组有 3 个数……依次类推,请问在第 30 组内所有数的总和是多少?
分组数列等差数列求和
答案
13515
解题步骤
第 30 组的第一个数是 $1+2+3+\cdots+29=436$,因此第 30 组内所有数的和为 $(436+436+29)\times30\div2=13515$。
思路:前 29 组共用掉 $1+2+\cdots+29$ 个数,由此定出第 30 组的首数,再对该组 30 个连续数求和。
10. 书店里有一套漫画书共 9 册。第一册需 24 元,第二册 23 元,第三册 22 元,依次类推,每一册的售价都比它前面的一册要少 1 元。如果哆啦 $A$ 梦用 200 元去买这套漫画书,书店老板应找他________元.
等差数列等差数列求和
答案
20
解题步骤
第九册应为 $24-8=16$(元),九册共需 $(24+16)\times9\div2=180$(元),因此书店老板应找他 $200-180=20$(元)。
思路:九册定价构成首项 24、公差 $-1$ 的等差数列,求出总价后用 200 元减去即为找零。
11. 甲、乙两人同时从 A 地出发,其中甲每天走 7 公里,乙第一天走 1 公里,第二天走 2 公里,第三天走 3 公里,以后每天都比前一天多走 1 公里。请问,二人经过________天走的路程相同.
等差数列求和行程问题列方程
答案
13
解题步骤
甲 $n$ 天走的路程为 $7n$,乙 $n$ 天走的路程为 $(1+n)\times n\div2$。$7n=(1+n)\times n\div2$,解得 $n=13$。
思路:列出甲、乙各自 $n$ 天的总路程(乙为等差数列求和),令两者相等解方程。
12. 电子跳蚤在一条标有刻度(单位:毫米)的尺上某点 $K$,向右跳所显示的刻度越来越大。第一步从 $K$ 向左跳 1 毫米,第二步再向右跳 2 毫米,第三步再向右跳 3 毫米,第四步再向右跳 4 毫米……按以上规律跳了 100 步时,电子跳蚤落在尺上的刻度所表示的数恰是 205 毫米。则电子跳蚤开始时落在尺上的点 $K$ 的刻度是________毫米?
数列规律正负抵消倒推
答案
155
解题步骤
倒推分析,跳第 100 步前的刻度是 $205-100$,跳第 99 步前的刻度是 $205-100+99$,因此跳第一步前的刻度是 $205-100+99-98+97-\cdots-2+1=205-(100-99)-(98-97)-\cdots-(2-1)$
$=205-50$
$=155$,因此电子跳蚤开始时落在尺上的某点 $K$ 的刻度表示是 155 毫米。
思路:从终点 205 毫米按相反方向逐步倒推每一步的位移,利用正负相消求出起点刻度。
13. 设 $a_{1},a_{2},\cdots,a_{k}$ 是 $k$ 个互不相等的、大于 0 的自然数,而且它们的和为 2006,那么 $k$ 的最大值是________.
等差数列求和最值问题互不相等自然数
答案
62
解题步骤
首先,这列数最好从 1 开始;其次,将各数从小到大排列,如果相邻两数之间相差越大,后面的数就会增长越快,则 $k$ 值会越小。要使 $k$ 越大,则各数之间的差距要尽量小,那么前面的数是从 1 开始的连续自然数。经尝试:$(1+62)\times62\div2=1953$,$(1+63)\times63\div2=2016$,可见 $k$ 最大为 62。(例如 $1+2+3+\cdots+61+115=2006$)
思路:要使个数最多,应取尽量小且连续的自然数,用等差数列求和找出和不超过 2006 的最大项数,再把多出的部分加到最大项。
14. 小明在计算器上从 1 开始,按自然数的顺序做加减法练习,先将两个数相加,再减去一个数;再加两个数,减一个数……按这样的规律计算下去,算到第 2010 个数为止。小明计算最后得到的结果是________.
数列规律等差数列求和周期分组
答案
672345
解题步骤
$1-2+3-4+5-6+\cdots+2008+2009-2010=(3+2007)\times669\div2$
$=672345$。
思路:按“加加减”的周期分组,每组三个数化简后构成等差数列,再求和。
15. 一串珠子共 31 个,正中间一个最贵,从一端算起,后一个比前一个贵 3 元,到中间那个为止,从另一端算起,后一个比前一个贵 4 元,到中间那个为止。这串珠子总价值 2012 元,那么中间的一颗珠子价值________元.
等差数列求和对称数列平均数
答案
92
解题步骤
将所有珠子的价钱都变成和正中间最贵的那个一样,则这串珠子总价钱应该是:$2012+(3+6+9+\cdots+45)+(4+8+12+\cdots+60)=2852$(元),所以中间的一颗珠子价值是 $2852\div31=92$(元)。
思路:把每颗珠子都补成与最贵珠子相等,补差额构成两个等差数列,求出补足后的总价再除以 31。
16. 2012 位同学排成一列依次报数。若某位同学报的是一位数,后面的同学就报这个数的 2 倍;若某位同学报的是两位数,后面的同学就报其个位数字与 5 的和,已知第一位同学报 1,到了第 100 位同学,他将把前面那位同学报的数加上了另一个一位自然数,其他人都没有注意到此点,仍然按以前的规则继续报数。直到最后一位同学报的数是 5,那么第 100 位同学所报的数是把前一位同学报的数加上了________.
数列规律周期问题倒推
答案
8
解题步骤
首先按照正确的报法找规律:$1,2,4,8,16,11,6,12,7,14,9,18,13,8,16,\cdots$,发现除了前 3 位同学外,后面同学报的数每 10 个一周期,$(99-3)\div10=9\cdots\cdots6$,则第 99 个同学报的是 7。
根据最后一人报的是 5,往前倒推,应该是 $5,10,5,10,\cdots$,正数第 100 位同学是倒数第奇数个,按理应该是报 5,但 7 加一个一位自然数不可能是 5,所以第 100 位同学报的数其实是 15,是在前一人(第 99 个人)的基础上加了 8。
思路:先按规则找出报数的周期规律算出第 99 位的数,再从末项 5 倒推第 100 位应有的数,比较差额。

第5讲 数表

数表与数阵规律:通过观察按行、列或对角线排列的数表,归纳每行、每列、每条对角线的排列规律(多为等差数列或平方数),从而求出指定位置的数。
日历问题:日历表中同行相邻日期相差 1,同列相邻相差 7,对角线相差 6 或 8,利用这些固定差关系列方程求未知日期。
框数求和与平均数:用十字形、正方形或平行四边形框住数表中若干数时,其和往往等于中心数的固定倍数,平均数等于中间数。
等差数列求和:数表中的行、列、对角线常构成等差数列,运用求和公式 $(首项+末项)\times 项数\div 2$ 求和或求通项。
平方数与三角形数:许多数表中每行末数为行号的平方,或数列相邻差为连续奇数,可借助平方数和三角形数 $1+2+\cdots+n$ 求通项。
整除性与余数判断:判断某个目标和能否被框出,常先看它是否为框内数个数的倍数,再结合所处行列位置;求大项除以某数的余数则用同余分析。
因数个数与出现次数:在无限数表中某数的出现次数往往等于相关数的因数个数,可对该数分解质因数后计算因数个数。
1. 观察下表中各数的排列规律,$A$ 是 ________.
figure
一个 $4\times 4$ 的方格数表。第一行为 $1,2,3,4$;第二行为 $2,6,10,14$;第三行为 $3,12,21,30$;第四行为 $4,20,A,52$。每一行从左到右构成等差数列。
数表规律等差数列
答案
36
解题步骤
每一行的四个数都构成等差数列,所以 $A=36$.
思路:观察每一行均为等差数列,根据第四行已知项推出公差,从而求出 $A$。
2. 小明发现在 2012 年 3 月的日历某一列上的 5 个日期的和为 80,那么这一列上的第二个日期是 ________ 号.
日历问题等差数列求和
答案
9
解题步骤
同一列上的连续 5 个日期应为公差为 7 的等差数列,它们的和是 80,中间数为 $80\div 5=16$,则这 5 个日期分别为 $2,9,16,23,30$,所以第二个日期是 9 号.
思路:同列日期相差 7 构成等差数列,5 个数的和除以 5 得中间数,再倒推出第二个日期。
3. 下图中显示 $1+3+5+7+5+3+1=3^{2}+4^{2}$. 那么 $1+3+5+\cdots+199+201+199+\cdots+5+3+1=$ ________.
figure
一个用圆点拼成的等式图:左边是一个由实心点和空心点交错排成的菱形点阵,等于中间一个 $3\times 3$ 的实心点方阵,加上右边一个 $4\times 4$ 的空心点方阵,直观表示 $1+3+5+7+5+3+1=3^{2}+4^{2}$。
数表规律平方数数形结合
答案
$100^{2}+101^{2}$
解题步骤
$1+3+5+\cdots+199=100^{2}$,
$201+199+\cdots+5+3+1=101^{2}$,
原式 $=100^{2}+101^{2}$.
思路:先升后降的连续奇数之和,按图示规律拆成两个相邻整数的平方和。
4. 如下图所示,在 2006 年 3 月的日历上,$A+B+C+D=52$,那么,3 月份的第一个星期日是 ________ 号.
figure
2006 年 3 月的月历表,列标题为日、一、二、三、四、五、六。表中沿对角线方向标有 $A$、$B$、$C$、$D$ 四个未知日期:$A$ 在星期三,$B$ 在星期四,$C$ 在星期五,$D$ 在星期六,且 $A$、$B$、$C$、$D$ 依次位于相邻的下一行右一列。
日历问题数表规律
答案
5
解题步骤
$B$ 比 $A$ 大 $8$,$C$ 比 $B$ 大 $8$,$D$ 比 $C$ 大 $8$,则 $A$ 比 $B$ 小 $8$,$B$ 比 $C$ 小 $8$,$C$ 比 $D$ 小 $24$,则 $A=(52-8-16-24)\div 4$
$=1$,$A$ 是星期三,则第一个星期日是 $1+4=5$ 号.
思路:利用斜对角日期每次相差 8 的关系列式求出 $A$,再由 $A$ 是星期三推出第一个星期日的日期。
5. 将 $1\sim 1001$ 各数按下面方格式排列,如下图所示,框出 9 个数,要使这 9 个数之和等于: (1)1986,(2)2529,(3)1989,能否办到?请说出理由.
figure
将 $1\sim 1001$ 按每行 7 个排成的数表,第一行 $1\sim 7$,第二行 $8\sim 14$,……最后一行 $995\sim 1001$。图中用一个 $3\times 3$ 的方框框住了 $10,11,12,17,18,19,24,25,26$ 这 9 个数。
数表规律平均数整除性判断
答案
可以框出 9 个数和为 1989.
解题步骤
框出的 9 个数,平均数为中间数,所以框出的和为 9 的倍数.
1986 不是 9 的倍数,舍去.
当和为 2529 时,中间数为 $2529\div 9=281$,$281\div 7=40$(行)……1(个),即 281 在第 41 行左起第 1 列,无法作为中间数.
当和为 1989 时,中间数为 $1989\div 9=221$,$221\div 7=31$(行)……4(个),可以作为中间数,所以可以框出 9 个数的和为 1989.
思路:$3\times 3$ 框内 9 个数之和必为中间数的 9 倍,先判断目标和是否为 9 的倍数,再检验对应中间数能否位于可框位置(不在最左、最右列且行列合适)。
6. 某月的日历如下图所示,若用 $2\times 3$(2 行,3 列)的长方形框出 6 个数,使得它们的和是 81,那么这 6 个数中最小的是 ________.
figure
某月日历表,按每行 7 个排列:第一行 $1\sim 6$(星期日空缺,从星期一的 1 开始),$7\sim 13$,$14\sim 20$,$21\sim 27$,最后一行 $28,29,30,31$。
日历问题数表规律等差数列求和
答案
9
解题步骤
用 $2\times 3$(2 行,3 列)的长方形框出的 6 个数中,第二行的数比第一行同一列的数大 7,且同一行三个数构成公差为 1 的等差数列,则长方形框出的 6 个数中,最小的数是第一行第一列的数,不妨设为 $x$,则有
$x+(x+1)+(x+2)+(x+7)+(x+1+7)+(x+2+7)=81$,
解得 $x=9$,即这 6 个数中最小的是 9.
思路:设框中最小数(左上角)为 $x$,用相邻关系表示其余 5 个数,列方程求 $x$。
7. 下图是 2008 年 4 月份的月历表,其中有一个数周边的 8 个数的和是 136,这个数是 ________.
figure
2008 年 4 月的月历表,列标题为日、一、二、三、四、五、六。第一行星期二起为 $1,2,3,4,5$;以下各行依次为 $6\sim 12$、$13\sim 19$、$20\sim 26$、$27\sim 30$。
日历问题数表规律平均数
答案
17
解题步骤
这个数是其周边 8 个数的平均数,所以这个数是 $136\div 8=17$.
思路:中心数周围 8 个数关于中心对称,其平均数即为中心数,故和除以 8 即得。
8. 下图的数阵是由 77 个偶数排成的,其中 20、22、24、36、38、40 这六个数由一个平行四边形围住;它们的和是 180,把这个平行四边形上下、左右平移,又围住了数阵中的另外六个数,如果这六个数的和是 660,那么,它们当中位于平行四边形左上角的那个数是 ________.
figure
由 77 个偶数排成的数阵,每行 7 个:第一行 $2,4,6,8,10,12,14$,第二行 $16,18,20,22,24,26,28$,第三行 $30,32,34,36,38,40,42$,……最后一行 $142,144,146,148,150,152,154$。图中一个倾斜的平行四边形框住了 $20,22,24$ 和 $36,38,40$ 这六个数。
数表规律平行四边形框数等差数列求和
答案
100
解题步骤
方法一:平行四边形框住的 6 个数,上下两行的差为 $16\times 3=48$,上行和为 $(660-48)\div 2=306$,上行中间的数是 $306\div 3=102$,左上角的数是 $102-2=100$.
方法二:设左上角的数为 $x$,则有 $x+(x+2)+(x+4)+(x+16)+(x+16+2)+(x+16+4)=660$,解得 $x=100$.
思路:利用平行四边形内 6 个数固定的相对差关系,设左上角数为 $x$ 列方程,或先求上行中间数再回推左上角。
9. 观察下列正方形数表: 表 1 的所有数和为 1,表 2 的所有数和为 17,表 3 的所有数和为 65,……(除第一个数表外,每一个正方形数表比前一个正方形数表多出一层方格,增加的一层方格中所填的数比前一数表的最外层方格内的数大 1,其余方格内的数不变),设表 $n$ 中的所有数和比表 $m$ 的所有数和大 400,$m$、$n$ 是大于 1 的整数,那么表 $m$ 的所有数的和是 ________.
figure
三个正方形数表。表 1 为 $1\times 1$,中心是 1。表 2 为 $3\times 3$,最外层一圈全是 2,中心是 1。表 3 为 $5\times 5$,最外层一圈全是 3,次外层一圈全是 2,中心是 1。每外扩一层数值加 1。
数表规律环形求和等差数列
答案
161
解题步骤
根据数表的构造规律,容易得到各表的所有数和:
表 1 为 1,表 2 为 17,表 3 为 65,表 4 为 161,表 5 为 321,表 6 为 561,表 7 为 897,表 8 为 1345,表 9 为 1921,……
表 7 数的和比表 6 中数的和增大了 $897-561=336$,表 8 数的和比表 7 中数的和增大了 $1345-897=448$,表 9 数的和比表 8 中数的和增大了 $1921-1345=576$,显然,随着数表的扩大,相邻两数表中数的和之差随之而增大,那么表 $n$ 中的所有数和比表 $m$ 的所有数和大 400,只可能在前几个数表中产生.
观察易知,唯有表 6 中的所有数和比表 4 的所有数和大 400,所以表 $m$ 的所有数的和是 161.
思路:先按层数写出各正方形数表的总和规律,再寻找相邻几项中差恰为 400 的一对,确定 $m$ 对应的总和。
10. 把自然数从 1 开始,排列成下图所示的三角阵:第 1 列为 1;第 2 列为 2、3、4;第 3 列为 5、6、7、8、9,……第 $n$ 列共排 $2n-1$ 个数(注:依图多排几个).我们把 "以 1 开头的行" 是这个三角阵的对称轴.在以 1 开头的行中,如果我们把 13 视为 "第 1 项",则 "第 2009 项" 的数除以 7 的余数是 ________.
figure
自然数从 1 开始排成的三角阵(按列书写,列向上下展开):以 1 开头的中间行从左到右为 $1,3,7,\cdots$,其上方一行为 $\cdots,2,6,\cdots$,再上为 $\cdots,5,\cdots$;下方对称排列为 $\cdots,4,8,\cdots$、$\cdots,9,\cdots$。第 $n$ 列共排 $2n-1$ 个数。
数表规律平方数余数(同余)
答案
0
解题步骤
以 1 开头的行中:$1,3,7,13,\cdots$,这个数列中的第 2012 个数.
方法一:$1=1^{2}-1+1$,$3=2^{2}-2+1$,$7=3^{2}-3+1$,$13=4^{2}-4+1$,……,有第 $n$ 项为 $n^{2}-n+1$,第 2012 个数是 $2012^{2}-2012+1=4046133$,该数除以 7 的余数为 0.
方法二:以 1 开头的行的数依次为 $1,3,7,13,21,\cdots$,可以发现规律是这个数列中相邻两数的差构成公差为 2 的等差数列,所以第 2012 项是 $1+2+4+6+\cdots+[(2011-1)\times 2]\div 2=1+(2+4+6+\cdots+4022)\div 2$
$=4046133$,这个数除以 7 的余数为 0.
思路:先归纳对称轴行数列的通项 $n^{2}-n+1$,求出第 2012 项的值,再对 7 取余。
11. 下图中显示: $$1+2=3$$ $$4+5+6=7+8$$ $$9+10+11+12=13+14+15$$ $$\cdots\cdots$$ 若按上述形式继续做下去,请问第 80 行的最后一个数是多少?(例如第 3 行的最后一个数是 15)
数表规律等差数列求和
答案
6560
解题步骤
第 80 行算式中有 $3+2\times(80-1)=161$ 个数,前面 79 行算式中有 $3+5+7+\cdots+161=(3+161)\times 80\div 2$
$=6560$ 个数,所以第 80 行最后一个数为 6560.
思路:找出每行数字个数构成的等差数列,累加前若干行个数即得目标行最后一个数。
12. 如下图所示,观察这个数表并找出它的规律,这个数表第 15 行的第一个数是 ________.
figure
阶梯状三角数表,第 1 行为 1;第 2 行为 $2,4$;第 3 行为 $5,7,9$;第 4 行为 $10,12,14,16$;第 5 行为 $17,19,21,23,25$;……每行第一个数为该行行数减 1 的平方加 1。
数表规律平方数
答案
197
解题步骤
数表的每一行的最后一个数字为这一行行数的平方,那么 14 行的最后一个数为 196,那么第 15 行的第一个数是 197.
思路:观察每行末数是行号的平方,故第 15 行首数等于第 14 行末数加 1。
13. 将连续的奇数 $1,3,5,7,9,11,\cdots$,按 5 个一行排列成如下的数表: (1)十字框中的五个数的平均数与中间数有什么关系? (2)若将十字框上下左右平移,可框住另外的五个数,这五个数的和能等于 2011 吗?能等于 2015 吗?能等于 2045 吗?若能,请求出这五个数;若不能,请说明理由.
figure
将连续奇数按每行 5 个排成的数表:第一行 $1,3,5,7,9$;第二行 $11,13,15,17,19$;第三行 $21,23,25,27,29$;第四行 $31,33,35,37,39$;……图中一个十字形框框住了上方的 5、左中的 13、中心的 15、右中的 17 和下方的 25 五个数。
数表规律平均数等差数列整除性判断
答案
(1)平均数=中间数。(2)能等于 2015.
解题步骤
(1)中间数为 15,平均数 $=15$,所以平均数=中间数.
(2)设中间数为 $A$,则上下两个数为 $A-10$、$A+10$,左右两个数为 $A-2$、$A+2$,5 个数的和为 $5A$,为 5 的倍数.
2011 不是 5 的倍数,所以和不可能为 2011;
$2015\div 5=403$,403 是第几个奇数?$(403-1)\div 2+1=202$,403 为第 202 个奇数,$202\div 5=40$(行)……2(个),在第二列,成立;
$2045\div 5=409$,$(409-1)\div 2+1=205$,409 为第 205 个奇数,$205\div 5=41$(行),在最后一列,不成立.
思路:十字框五数和恒为中心数的 5 倍,先判断目标和是否为 5 的倍数,再核验中心奇数所处列是否允许十字框存在。
14. 将正整数按下表的顺序排列: ①最下面一横行从左到右第十个数是 ________. ②标有字母 $a$ 的位置应填 ________.
figure
一个阶梯式数表,沿左下到右上的对角线分层排列。最下一行从左到右为 $1,3,6,10,15,21,\cdots$;倒数第二行从 2 开始为 $2,5,9,14,20,\cdots$;再上为 $4,8,13,19,\cdots$;$7,12,18,\cdots$;$11,17,\cdots$;$16,\cdots$。表格右上方某格标有字母 $a$。
数表规律等差数列三角形数
答案
①55 ②73
解题步骤
(1)最下面一行的排列规律是:相邻两个数的差构成首项是 2、公差是 1 的等差数列,所以第十个数为 $1+(2+3+\cdots+9+10)=55$.
(2)字母 $a$ 所在的行从右到左依次为 $16,23,31,40,50,\cdots$,可以发现规律是:相邻两数的差构成首项是 1 的等差数列,所以 $a=16+(7+8+9+10+11+12)$
$=73$.
思路:分别找出最下行和 $a$ 所在斜行的相邻差构成的等差数列,逐项累加得到目标值。
15. 在下列的数表中,数以一定规律排列,且从左到右以及从上到下都是无限的. 此表中,主对角线上数列 $1,2,5,10,17,\cdots$ 的第 12 项的值是 ________;数 2011 在整张数表中共出现 ________ 次.
figure
一个向右、向下无限延伸的数表。第一行全为 1:$1,1,1,1,1,1,\cdots$;第二行 $1,2,3,4,5,6,\cdots$;第三行 $1,3,5,7,9,11,\cdots$;第四行 $1,4,7,10,13,16,\cdots$;第五行 $1,5,9,13,17,21,\cdots$;第六行 $1,6,11,16,21,26,\cdots$;每行均为等差数列。
数表规律等差数列平方数因数(出现次数)
答案
122;16
解题步骤
第 12 项的值为 $1+1+3+\cdots+19+21=122$;
观察可知,由于 $1+n\times d=2011$,即 $2010=2\times 3\times 5\times 67$,2010 有 16 个因数,所以 2011 共出现了 16 次.
思路:主对角线数列相邻差为连续奇数,累加得第 12 项;2011 的出现次数等于 $2010$ 的因数个数。
16. 将自然数 $1,2,3,\cdots,10000$ 排列成下图所示的 $100\times 100$ 正方形数表: 从表中任意选定一个数.随后删掉该数所在的行和列,再对剩下的 $99\times 99$ 的正方形数表进行同样的处理,如此下去,进行了 100 次选数程序,那么被选中的 100 个数的和是 ________.
figure
$100\times 100$ 的正方形数表,自然数 $1\sim 10000$ 按行排列:第一行 $1,2,\cdots,100$;第二行 $101,102,\cdots,200$;第三行 $201,202,\cdots,300$;……最后一行 $9901,9902,\cdots,10000$。
数表规律行列不重复求和
答案
500050
解题步骤
该数表中第 $m$ 行第 $n$ 个数的 "通项公式" 为 $100(m-1)+n$,选出的 100 个数因分属不同行不同列,所以它们的和是 $100\times(0+1+2+\cdots+99)+(1+2+\cdots+100)=500050$.
思路:每次删行删列保证选中的 100 个数行号、列号各不相同,按通项公式分别对行贡献和列贡献求和。

第6讲 加法原理

加法原理:完成一件事有若干类不同的方法,每一类中又有若干种具体做法,则完成这件事的方法总数等于各类方法数之和;是本讲的核心思想。
分类计数:按某种标准(如所用对象的个数、起始位置、首位数字等)把所有情况划分为互不重叠的若干类,分别计数后相加。
枚举法:在情况较少时按一定顺序不重不漏地一一列举出所有可能,常借助编号或树状图辅助。
标数法:在网格或路线图中,从起点出发给每个节点标上到达该点的走法数,每点的数等于其相邻上游各点数之和,用于最短路线及路线计数问题。
组合计数:从若干不同元素中取出若干个的取法数,可用组合数 $C_n^m$ 表示,适用于数位严格递增等“选数”型计数问题。
对称去重:利用图形的旋转、对称性,将经旋转后重合的方案视为同一种,固定一种位置以避免重复计数。
正方形计数:在 $n\times n$ 方格中,按边长分类统计正方形个数(边长为 $k$ 的有 $(n+1-k)^2$ 个),并可进一步求面积之和。
1. 波特有 6 只狗,如果他每次溜 2 只狗,那么狗的搭配情况总共有______种。
加法原理枚举计数
答案
15
解题步骤
我们给波特的 6 只狗分别编号为 $1,2,3,4,5,6$,和编号 1 搭配的有 $12,13,14,15,16$ 五种;和编号 2 搭配的有 $23,24,25,26$ 四种;和编号 3 搭配的有 $34,35,36$ 三种;和编号 4 搭配的有 $45,46$ 两种;和编号 5 搭配的有 $56$ 一种。因此共有 $5+4+3+2+1=15$(种)。
思路:给狗编号后按较小编号分类枚举搭配,再用加法原理把各类相加。
2. 某地区有 66 条航空线路,每两个城市之间都设有一条直达的航空线,这 66 条航空线共连接这个地区______个城市。
加法原理逆向计数
答案
12
解题步骤
我们把每个城市看做线段的端点,两点间的线段代表两个城市间的航线。本题相当于告诉了线段条数,求端点个数。由于 $1+2+3+\cdots+11=66$,可以相当于有 12 个端点,也就是有 12 座城市。
思路:把城市看作端点、航线看作两端点连线,按从小到大的编号求和凑出端点数。
3. 从 $1,2,3,4,5,6,7,8,9$ 九个数中取 3 个数组成一组,使它的平均数是 5,有______种取法。
加法原理分类讨论枚举计数
答案
8
解题步骤
三个数的平均数是 5,也就是三个数的和为 15,这 3 个数从最小的开始:最小数为 1 的有 $(1,5,9)$、$(1,6,8)$ 两种;最小数为 2 的有 $(2,4,9)$、$(2,5,8)$、$(2,6,7)$ 三种;最小数为 3 的有 $(3,4,8)$、$(3,5,7)$ 两种;最小数为 4 的有 $(4,5,6)$ 一种。最小数为 5、6、7、8、9 的没有,因此一共有 $2+3+2+1=8$(种)取法。
思路:三数平均数为 5 即三数之和为 15,按最小数分类枚举满足和为 15 的三元组并相加。
4. 有若干黑色和白色的圆形石头,将其中的 7 个如下图所示那样排列。请问:可以有多少种使黑石不相邻的排列方法?(注意:旋转后可重合的两种排列只算为一种。)
figure
7 个圆形位置按蜂窝状排列:中心 1 个圆,外围 6 个圆环绕中心,相邻的圆彼此相切。
加法原理分类讨论图形排列
答案
6
解题步骤
没有黑石时,有 1 种;只有一块黑石时,有 2 种(中心或外圈);有 2 块时,有 2 种;有 3 块时,有 1 种。共 $1+2+2+1=6$(种)。
思路:按使用黑石的块数(0、1、2、3)分类,在保证黑石不相邻且去除旋转重复后逐类计数,再用加法原理相加。
5. $A$、$B$、$C$ 三个小朋友互相传球,先从 $A$ 开始发球(作为第一次传球),这样经过了 5 次传球后,球恰巧又回到 $A$ 手中。请问:不同的传球方式共有多少种?
加法原理树状图枚举计数
答案
10
解题步骤
如图,$A$ 第一次传给 $B$,到第五次传回 $A$ 有 5 种不同方式。同理,$A$ 第一次传给 $C$,到第五次传回 $A$ 也有 5 种不同方式。所以,根据加法原理,不同的传球方式共有 $5+5=10$(种)。
思路:按第一次传给 B 或传给 C 分两类,画树状图数出各类满足第 5 次回到 A 的方式数,再用加法原理相加。
6. 如下图所示,从起点走到终点,要求取出每个站点上的旗子,并且每个站点只允许通过一次,有______种不同的走法。
figure
一个由起点到终点的网状路线图:左端为起点、右端为终点,中间由直线连接的节点构成菱形与三角形网格,各站点上画有小旗,箭头表示需取旗。
加法原理路线计数枚举计数
答案
4
解题步骤
给这些点依次标上字母(如下左图),然后采用枚举法(如下右图),共 4 种不同的走法。
思路:给各站点编号,从起点出发按每点只经过一次的约束枚举所有到达终点的路径,统计总数。
7. 灰太狼住在 $A$ 处,它收到消息,喜羊羊现在在 $B$ 处睡觉。下图中的横线和竖线均表示道路,横线和竖线的交点表示道路的交叉处。灰太狼只能沿着道路走,若它要在最短的时间里抓到喜羊羊,则它有______种不同的走法。
figure
一个 $4\times 3$ 的方格网(4 列 3 行的小方格),左下角标记 $A$(实心圆点),右上角标记 $B$(实心圆点)。
加法原理标数法最短路线计数
答案
35
解题步骤
标数法。如下图所示。

$\begin{array}{ccccc} 1 & 4 & 10 & 20 & 35 \\ 1 & 3 & 6 & 10 & 15 \\ 1 & 2 & 3 & 4 & 5 \\ 1 & 1 & 1 & 1 & \end{array}$

所以从 $A$ 到 $B$ 最短走法共有 35 种。
思路:最短路线只能向右或向上走,用标数法从 A 出发逐个交点累加左方与下方的走法数,B 处的数即为答案。
8. 下图中共有几条不重复的路线可以写出“十一届中环杯”?每次只能从上往下走相邻的左右两格。
加法原理标数法路线计数
答案
62
解题步骤
利用标数法,如下图所示,最后一共有 $6+15+20+15+6=62$(种)路线可以写出“十一届中环杯”。

$\begin{array}{c} 1 \\ 1 \quad 1 \\ 1 \quad 2 \quad 1 \\ 1 \quad 3 \quad 3 \quad 1 \\ 1 \quad 4 \quad 6 \quad 4 \quad 1 \\ 1 \quad 5 \quad 10 \quad 10 \quad 5 \quad 1 \\ 6 \quad 15 \quad 20 \quad 15 \quad 6 \end{array}$
思路:字阵呈三角形排列,每次向左下或右下相邻字移动,用标数法(杨辉三角)逐行累加,末行各数之和即为路线总数。
9. 一只兔子沿着下图中的格线从 $A$ 到 $B$。规定只能往上或往右走,但必须经过一座独木桥 $MN$,这只兔子有______种不同的走法。
figure
一个 $7\times 5$ 的方格网,左下角标 $A$、右上角标 $B$;网格中部有一条竖直的独木桥 $MN$(上端 $M$、下端 $N$),$MN$ 两侧的若干小方格被涂成灰色表示不可进入的区域。
加法原理标数法必经点最短路线
答案
150
解题步骤
标数法。如果桥的左方和右方的路线可以走的话,那么这只兔子必须向下或向左走,不合题意,因此只能标零。如下图所示,因此共有 150 种走法。

$\begin{array}{ccccccc} 0 & 0 & 0 & 0 & 15 & 45 & 90 & 150 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & 15 & 30 & 45 & 60 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & 15 & 15 & 15 & 15 \\ 1 & 3 & 6 & 10 & 15 & 0 & 0 & 0 \\ 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 0 & 0 & 0 \\ 1 & 1 & 1 & 1 & 1 & 0 & 0 & 0 \end{array}$
思路:用标数法计数必经独木桥的最短路线:把不能走的格点标 0,其余格点累加来自下方与左方的走法数,B 处数值即为答案。
10. 下图中有 10 个编好号码的房间,你可以从小号码房间走到相邻的大号码房间,但不能从大号码走到小号码,从 1 号门走到 10 号房间共有______种不同的走法。
figure
10 个房间排成倒金字塔(杨辉三角)形:顶层 1 间编号 1;第二层 2 间编号 3、2;第三层 3 间编号 6、5、4;底层 4 间编号 10、9、8、7。相邻房间之间可通行。
加法原理标数法路线计数
答案
22
解题步骤
把这个图展开(见下图),用箭头标出行走方向,然后采用标数法即可:从 1 出发,沿可行方向逐个房间累加上游的走法数,最终到 10 号房间共有 22 种不同的走法。
思路:将房间布局展开为有向图,按只能由小号走向相邻大号的方向,用标数法从 1 号逐房间累加走法数,得到 10 号房间的总数。
11. 在下图中,要从 $A$ 走到 $B$,不能经过 $C$、$D$ 两点,如果只能向右、向上或斜上方走,一共有______种不同的走法。
figure
一个 $5\times 3$ 的方格网,左下角标 $A$、右上角标 $B$;网格内部标有 $C$、$D$ 两个格点,并在 $C$ 与 $D$ 之间画有一条斜线(对角线)表示可斜上方走的路径。
加法原理标数法禁止点路线计数
答案
17
解题步骤
利用标数法(见下图),每一点的走法数等于它的左方与下方两个点的方法数的和。

$\begin{array}{ccccc} 4 & 4 & 7 & 11 & 17 \\ 1 & 1 & 3 & 4 & 6 \\ 1 & 1 & 0 & 1 & 2 \\ 1 & 1 & 1 & 1 & 1 \end{array}$

共有 17 种不同的走法。
思路:用标数法计数:可向右、向上或斜上方走,把禁止经过的点 C、D 标 0,其余点累加左方、下方(含斜下方)的走法数,B 处即为答案。
12. 池塘中 10 片莲叶如下图排列。青蛙在莲叶间跳跃,每次只能从一片莲叶跳到相邻的另一片莲叶。一只青蛙盘算着从其中一片莲叶上起跳,连跳 4 次,那么它有______种不同的跳法。
figure
10 片莲叶(实心黑圆点)排成正三角形点阵:顶层 1 个,第二层 2 个,第三层 3 个,底层 4 个,相邻莲叶之间用虚线段相连(呈三角网格)。
加法原理乘法原理标数法
答案
2304
解题步骤
找规律。如下图所示,图 1 中每点所标的数代表跳 1 步到达这个点的跳法总数。所以跳 1 步的方法数共 $2+4+4+4+6+4+2+4+4+2=36$(种);图 2 中每点所标的数代表跳 2 步到达这个点的跳法总数(由图 1 中与此点相邻点上所标数相加而得),共 $8+16+16+16+24+16+8+16+16+8=144$(种),不难发现对于每一点,多跳一步跳法就增加为原来的 4 倍,所以方法总数也增加为原来的 4 倍,因此跳 3 步有 $144\times 4=576$(种),跳 4 步有 $576\times 4=2304$(种)。
思路:先数出每片莲叶的相邻数(跳 1 步的方法数),发现每多跳一步总方法数变为原来的 4 倍,于是用乘法逐步放大,跳 4 次即得 $144\times 4\times 4=2304$ 种。
13. 如下图所示,有一个 $4\times 8$ 的棋盘,现将一枚棋子放在棋盘左下角格子 $A$ 处,要求每一步只能向棋盘上方或向右走一步(如从 $C$ 走一步可走到 $D$ 或 $E$),那么将棋子从 $A$ 走到棋盘右上角 $B$ 处共有______种不同的走法。
figure
一个 $8\times 4$ 的方格棋盘(8 列 4 行)。左下角格子标 $A$,右上角格子标 $B$;棋盘内部标记示意格子 $C$,及由 $C$ 向上、向右一步可到达的格子 $D$(上方)与 $E$(右方)。
加法原理标数法格子最短路线计数
答案
8
解题步骤
如下图所示,从 $A$ 出发只能走向有阴影的格子中,由标数法可得,共有 8 种走法。
思路:棋子每步只能向上或向右移动到相邻格,用标数法在可达格子上累加来自下方与左方格子的走法数,到达 B 格的数即为答案。
14. 下图是 $5\times 5$ 的方格纸,小方格为边长 1 厘米的正方形。图中共有______个正方形,所有这些正方形的面积之和为______。
figure
一个 $5\times 5$ 的方格纸,由 25 个边长为 1 厘米的小正方形组成。
加法原理正方形计数面积计算
答案
55,259
解题步骤
图中正方形的边长有 $1,4,9,16,25$ 平方厘米的正方形分别有 $5\times 5,4\times 4,3\times 3,2\times 2,1\times 1$ 个,共有 55 个小正方形。所有正方形的面积和为 $25\times 1+16\times 4+9\times 9+4\times 16+1\times 25=259$(平方厘米)。
思路:按正方形边长 1~5 分类,边长为 $k$ 的正方形有 $(6-k)^2$ 个,把各类个数相加得总数 55;再把每类个数乘以对应面积 $k^2$ 求和得面积总和 259。
15. 如果一个大于 9 的整数,其每个数位上的数字都比它右边数位上的数字小,那么我们称它为“迎春数”。那么,小于 2008 的“迎春数”共有______个。
加法原理乘法原理组合计数分类讨论
答案
176
解题步骤
方法一:数学法——按位数分类计算。
两位数中“迎春数”个数
(1)十位数字是 1,这样的“迎春数”有 $12,13,\cdots,19$,共 8 个;
(2)十位数字是 2,这样的“迎春数”有 $23,\cdots,29$,共 7 个;
(3)十位数字是 3,这样的“迎春数”有 $34,\cdots,39$,共 6 个;
(4)十位数字是 4,这样的“迎春数”有 $45,\cdots,49$,共 5 个;
(5)十位数字是 5,这样的“迎春数”有 $56,\cdots,59$,共 4 个;
(6)十位数字是 6,这样的“迎春数”有 $67,68,69$,共 3 个;
(7)十位数字是 7,这样的“迎春数”有 $78,79$,共 2 个;
(8)十位数字是 8,这样的“迎春数”只有 89 这 1 个。
(9)没有十位数字为 9 的两位数的“迎春数”。
所以两位数“迎春数”共有 $8+7+6+\cdots+1=36$(个)。
三位数中“迎春数”个数
(1)百位数字是 1,这样的“迎春数”有 $123\sim 129,134\sim 139,\cdots,189$,共 28 个;
(2)百位数字是 2,这样的“迎春数”有 $234\sim 239,\cdots,289$,共 21 个;
(3)百位数字是 3,这样的“迎春数”有 $345\sim 349,\cdots,389$,共 15 个;
(4)百位数字是 4,这样的“迎春数”有 $456\sim 459,\cdots,489$,共 10 个;
(5)百位数字是 5,这样的“迎春数”有 $567\sim 569,\cdots,589$,共 6 个;
(6)百位数字是 6,这样的“迎春数”有 $678,679,689$,共 3 个;
(7)百位数字是 7,这样的“迎春数”只有 $789$ 这 1 个。
(8)没有百位数字是 8、9 的三位数的“迎春数”。
所以三位数“迎春数”有 $28+21+15+10+6+3+1=84$(个)。
$1000\sim 1999$ 的自然数中“迎春数”个数
(1)前两位数字是 12,这样的“迎春数”有 $1234\sim 1239,\cdots,1289$,共 21 个;
(2)前两位数字是 13,这样的“迎春数”有 $1345\sim 1349,\cdots,1389$,共 15 个;
(3)前两位数字是 14,这样的“迎春数”有 $1456\sim 1459,\cdots,1489$,共 10 个;
(4)前两位数字是 15,这样的“迎春数”有 $1567\sim 1569,\cdots,1589$,共 6 个;
(5)前两位数字是 16,这样的“迎春数”有 $1678,1679,1689$,共 3 个;
(6)前两位数字是 17,这样的“迎春数”只有 $1789$ 这 1 个。
(7)没有前两位数字是 18、19 的四位数的“迎春数”。
所以四位数中“迎春数”共有 56 个。
$2000\sim 2008$ 的自然数中,没有“迎春数”。
所以小于 2008 的自然数中“迎春数”共有 $36+84+56=176$(个)。
方法二:利用组合原理
小于 2008 的“迎春数”,只可能是两位数、三位数和 1000 多的数。
计算两位“迎春数”的个数,它就等于从 $1\sim 9$ 这 9 个数字中任意取出 2 个不同的数字,每一种取法对应于一个“迎春数”,即有多少种取法就有多少个“迎春数”。显然不同的取法有 $C_{9}^{2}=9\times 8\div 2$
$=36$(种),即两位的“迎春数”共有 36 个。
同样计算三位和 1000 多的数中“迎春数”的个数,它们分别有 $C_{9}^{3}=9\times 8\times 7\div(3\times 2\times 1)$
$=84$(个)和 $C_{8}^{3}=8\times 7\times 6\div(3\times 2\times 1)$
$=56$(个)。
所以小于 2008 的自然数中,“迎春数”共有 $36+84+56=176$(个)。
思路:“迎春数”各数位严格递增,等价于从 $1\sim 9$(首位为 1 时从 $2\sim 9$)中取不同数字递增排列;按两位、三位、1000~1999 四位分类,用组合数 $C_9^2+C_9^3+C_8^3=36+84+56=176$ 求和,注意 2000~2008 无迎春数。
16. 一些白瓷砖和黑瓷砖排成 $3\times 3$ 的正方形,其中不含有两块相邻的黑瓷砖的拼法有______种。(下图是其中的一种。) 注意: 黑瓷砖一块都不使用,也算一种; 旋转后和原来重合的,算同一种; 只是翻转后和原来重合的,不算同一种。
figure
一个 $3\times 3$ 的方格正方形,示例拼法中:左上角格、中间偏右格(第二行第三列)、底行中间格(第三行第二列)三块被涂成灰色(黑瓷砖),其余为白瓷砖。
加法原理分类讨论对称去重计数
答案
21
解题步骤
如下图所示,按照对称位置把正方形的方格分类。为避免重复,可固定一种位置来考虑,根据含有 ○ 格中黑瓷砖的数目,分情况讨论:
有 1 块的情况:如下图所示,把“不能放黑瓷砖的方格”用 × 表示(下同),则剩余 2 个方格中黑白瓷砖都可以放,共有 $2\times 2=4$(种)方法,这 4 种方法互不相同,所以有 4 种。
有 2 块的情况:如下图所示,黑瓷砖的位置有 2 种可能。①如果两块黑瓷砖有公共顶点,则剩下的 1 个方格黑白瓷砖都可以放,有 2 种;②如果不相邻,只有 1 种。因此有 2 块的情况共 3 种。
有 3 块的情况:如下图所示,只有 1 种。
有 4 块的情况:如下图所示,只有 1 种。
有 0 块的情况:如下图所示,再按照含 △ 的方格中的黑瓷砖数目分情况讨论:0 块 1 种;1 块 1 种;2 块 1 种;3 块 1 种;4 块 1 种。共 6 种。
又正中间的方格黑白瓷砖都可以放,所以共有 $6\times 2=12$(种)。
综上所述,共有 $4+3+1+1+12=21$(种)。
点评:本题也可以先考虑含有 △ 的方格,得出的结果是一样的,读者不妨试一下。
思路:利用方格的对称性,按黑瓷砖所在“边格(○)”或“角格(△)”的数目分类讨论,在保证黑瓷砖互不相邻、并对旋转重合去重的前提下逐类计数,最后用加法原理相加得 21 种。

第7讲 乘法原理

乘法原理:完成一件事需要分成几个步骤,做第一步有 m1 种方法,做第二步有 m2 种方法……做第 n 步有 mn 种方法,那么完成这件事共有 m1×m2×…×mn 种不同方法。
分步计数:将一个复杂的计数过程拆解为若干个相互独立、连续完成的步骤,逐步确定每一步的方法数后用乘法原理相乘。
排列计数:从若干元素中按顺序选取并排列时,每个位置可用的元素数依次递减,用乘法原理可得排列总数。
染色问题:对相邻部分不能同色的区域或几何体着色时,按相邻关系依次确定各部分的可用颜色数,必要时分类讨论后用乘法原理计数。
路径计数:在图形或网络中按规定方向计数从起点到终点的不同路线时,把路径分解为若干阶段,各阶段走法数用乘法原理相乘。
等价计数与去重:对存在旋转、对称等等价情形的计数问题,先算出全部排法,再除以每种本质情形被重复计算的次数。
1. 奥运吉祥物中的 $5$ 个“福娃”取“北京欢迎您”的谐音;但贝、晶晶、欢欢、迎迎、妮妮。如果在盒子中从左向右放 $5$ 个不同的“福娃”,那么,有________种不同的放法。
乘法原理排列
答案
$120$
解题步骤
由乘法原理,可得 $5\times4\times3\times2\times1=120$(种)。
思路:5 个不同的福娃从左到右依次排放,每个位置的选择数依次递减,用乘法原理相乘。
2. 豆豆用数字卡片做游戏,剩下许多写有 $4,7$ 和 $8$ 的卡片,而且余数字卡片都用完了。她用这些剩下的卡片可以组合成________个不同的三位数。
乘法原理计数
答案
$27$
解题步骤
由乘法原理,三位数的百位、十位、个位都可以从三种卡片选择,因此每个数位置都有三种选择,根据乘法原理,一共可以得到 $3\times3\times3=27$(个)不同的三位数。
思路:百位、十位、个位各有 4、7、8 三种选择,三个数位独立,乘法原理相乘。
3. 康康到麦当劳买套餐,一份套餐包含了一个汉堡、一份饮料和一份小吃。服务员告诉他店里有 $8$ 种汉堡,$4$ 种小吃,$5$ 种饮料可供选择,那么康康一共可以搭配出________种套餐。
乘法原理分步计数
答案
$160$
解题步骤
一份套餐应该包含汉堡、小吃、饮料,因此根据乘法原理分步计算有 $8\times4\times5=160$(种)套餐搭配。
思路:汉堡、小吃、饮料三项独立选择,分步用乘法原理相乘。
4. 用 $4$ 种颜色的水彩笔给字母“MATH”四个字母涂颜色,要求不同字母用不同颜色的笔去涂,共有________种不同的颜色搭配方式。
乘法原理排列
答案
$24$
解题步骤
根据乘法原理,一共有 $4\times3\times2\times1=24$(种)不同的搭配方式。
思路:四个字母依次涂色,可用颜色数依次为 4、3、2、1,乘法原理相乘。
5. 有红黄蓝三种颜色的上衣和裤子,同学们任意选择一种颜色的上衣和裤子穿。 ①问:上衣和裤子的搭配方式有________种。 ②至少要________名学生,才能保证有两人穿的上衣和裤子的颜色都相同。
乘法原理抽屉原理
答案
①$9$ ②$10$
解题步骤
①利用乘法原理,$3\times3=9$(种),所以有 $9$ 种搭配方式。
②利用抽屉原理,$9+1=10$(个),当有 $10$ 个人时,就可以保证一定有两个人上衣和裤子颜色都相同。
思路:①上衣 3 种、裤子 3 种独立选择,乘法原理得 9 种;②搭配共 9 种,由抽屉原理 9+1=10 人可保证两人完全相同。
6. 在下图中的每个方格中各放 $1$ 枚围棋子(黑子或白子),有________种放法。
figure
由 4 个小方格组成的图形:上方一个方格,下方一行有 3 个方格,呈 L 形排列(上方方格位于下方一行最左侧方格的正上方),共 4 个方格。
乘法原理计数
答案
$16$
解题步骤
每个方格中有 $2$ 种填法;故有 $2\times2\times2\times2=16$(种)。
思路:图中共 4 个方格(每格黑或白 2 种选择),由乘法原理 2 的 4 次方得 16 种。
7. 一副扑克牌有 $4$ 种花色的牌,共 $52$ 张。每种花色都有写着数字 $1,2,3,\cdots,13$ 的牌。如果在 $5$ 张牌中,同一种数字的 $4$ 种花色的牌都出现,便称这 $5$ 张牌为“天王”。不同的天王共有________种。
乘法原理计数
答案
$624$
解题步骤
这五张牌可以分为两步取,第一步取四种花色相同的牌共有 $13$ 种取法;第二步再从剩下的 $52-4=48$(张)牌中任取一张,共有 $48$ 种取法,因此不同的天王共有 $13\times48=624$(种)。
思路:先确定 4 张同数字牌(13 种),再从剩下 48 张中取第 5 张(48 种),乘法原理得 624 种。
8. 从 $1,2,3,4,5$ 中选出四个数填入下图的方格内,使得右边的数比左边大,下面的数比上面的大。那么共有________种填法。
figure
一个由 $2$ 行 $3$ 列共 6 个方格组成的图形:最右一列上方方格已填数字 6、下方方格已填数字 7,左侧 $2$ 行 $2$ 列共 4 个方格为待填空格。
乘法原理计数排列
答案
$10$
解题步骤
先从 $5$ 个数里选择 $4$ 个数,有 $5$ 种选法;第二步,把选出的 $4$ 个数填入空格内,根据条件,最小的数应该填在田字格的左上角,最大的数应该填在田字格的右下角,那么中间的两个数可以任意填,有 $2$ 种填法。
根据乘法原理,共有 $5\times2=10$(种)填法。
思路:先从 5 个数选 4 个(5 种),再排入方格:最小填左上、最大填右下固定,中间两数 2 种排法,乘法原理得 10 种。
9. 在一个国家竞赛联盟中有 $16$ 支曲棍球队,它们被分成两组,每组 $8$ 队。在一个赛季中,每支球队要同本组中的其他每支球队打一场球,然后同另一组中的所有球队各打一场球。试问在这个赛季中共进行多少场比赛?
乘法原理组合计数
答案
$120$
解题步骤
同组:$(7+6+5+4+3+2+1)\times2=56$(场);
不同组:$8\times8=64$(场);
共:$56+64=120$(场)。
思路:分别计算同组内两两比赛场数与两组之间的比赛场数,再相加得总场数。
10. 右图是一个轴对称图形,若将图中某些黑色的图形去掉后,得到一些新的图形,则其中轴对称的图形共有________个。 A. $9$  B. $8$ C. $7$  D. $6$
figure
一个由圆形和椭圆组成的轴对称图形,形似猪脸:上方一个圆内有两个黑色的眼睛和一个黑色的鼻子,下方一个横置的椭圆内有左右两个黑色的圆点。
乘法原理轴对称计数
答案
$C$
解题步骤
两个眼睛对应去掉以后可以不去,有左右 $2$ 种选择,同理另外两部分阴影也是各有两种选择,所以共有 $2\times2\times2=8$(种)选择,但是题目说的是新图形,所以要去掉题目已经给出的形式,共有 $8-1=7$(种),所以答案是 C。
思路:对几对对称的黑色部分各有去或不去的选择,用乘法原理算出对称图形总数后扣除原图本身。
11. 如下图所示,将 $A,B,C,D,E$ 这五部分用四种不同的颜色着色,且相邻的部分不能使用同一种颜色,不相邻的部分可以使用同一种颜色。那么,这幅图一共有________种不同的着色方法。
figure
一个矩形被分成 5 个区域:最上方横条为 A;A 下方左侧上部为 B、左侧下部为 D;右侧中部较大区域为 C;右下角为 E。其中 A 与 B、C、D 相邻,B 与 D、C 相邻,C 与 D、E 相邻。
乘法原理染色问题计数
答案
$96$
解题步骤
从基础面最多的入手,再按照相邻原则依次考虑。从 $C$ 开始考虑,有 $4$ 种着色方法;$C$ 着色后,$A$ 有 $3$ 种着色方法;$A$ 着色后,$B$ 有 $2$ 种着色方法;$B$ 着色后,$D$ 有 $2$ 种着色方法;$D$ 着色后,$E$ 有 $2$ 种着色方法。共有 $4\times3\times2\times2\times2=96$(种)。
思路:按相邻关系依次给各区域着色,每步确定可用颜色数,再用乘法原理相乘。
12. 下图是一个区域地图,可以用红、白、黄、蓝、绿五种颜色给地图着色,要求相邻的区域必须有不同的颜色。那么不同的着色方法有________种。
figure
一个矩形地图被曲线分割成五个相邻的区域,区域之间以不规则的曲线为界,相邻区域需着不同颜色。
乘法原理染色问题计数
答案
$420$
解题步骤
首先将地图区域重新编号(见下图),从相邻区域多的入手,因此可以按区域 $A,B,C,D,E$ 顺序染色。$A$ 有 $5$ 种选择;$B$ 与 $A$ 不同色有 $4$ 种选择;$C$ 和 $A,B$ 不同色有 $3$ 种选择;当 $B,D$ 同色时,$D$ 有 $1$ 种选择,$E$ 有 $3$ 种选择;当 $B,D$ 不同色时,$D$ 有 $2$ 种选择,$E$ 有 $2$ 种选择。因此需要对 $B,D$ 着色情况进行分类讨论,因此不同的着色方法有
$5\times4\times3\times1\times3+5\times4\times3\times2\times2=420$(种)。
思路:将区域顺序染色,对 B、D 是否同色分两类讨论,分别用乘法原理算出再相加。
13. 如下图所示,XES星球是一个正二十面体,其中每个顶点都是一个城市。现北极城 $N$ 有一只小松鼠想去南极城 $S$ 旅游,它只能沿着棱往南走或横向走动,并且每个城市至多只去一次。那么这只小松鼠有________种不同的旅游线路可以选择。
figure
一个正二十面体的平面投影图:最上方顶点标记为 N(北极),最下方顶点标记为 S(南极),中间为多边形网状的棱线(含实线与虚线),各顶点代表城市。
乘法原理图论计数路径计数
答案
$810$
解题步骤
剩下的 $10$ 个点,把上面的五个顶点称为“第一层”,下面的五个顶点称为“第二层”。从 $N$ 走到第一层有 $5$ 种走法。
在第一层中,考虑横向走法,可以一步不走;也可以顺时针走 $1,2,3,4$ 步,或者逆时针 $1,2,3,4$ 步,加起来 $1+4+4=9$(种)走法。
从第一层进入第二层,对应每个点都有 $2$ 种走法;
从第二层到 $S$ 对应每个点都有 $1$ 种走法。
根据乘法原理,共有 $5\times9\times2\times9\times1=810$(种)走法。
思路:按层分析路径:进入第一层、第一层横走、下到第二层、第二层横走、到达 S,各步走法数用乘法原理相乘。
14. 编号为 $1$ 到 $10$ 的十张椅子顺时针均匀地绕圆桌一圈摆放。$5$ 对夫妇入座,要求男女相隔而座,每对夫妇不能相邻或对面而坐,有________种入座的分配方式。
乘法原理排列组合计数
答案
$480$
解题步骤
要求男女间隔坐,先将所有的男人排一圈,有 $5\times4\times3\times2\times1=120$(种)方法,再将五位女士插进五个空隙中去,考虑到夫妻不能坐一起或对面,一共有 $4$ 种插法,所以一共有 $120\times4=480$(种)方法。
思路:先将男士排成一圈(5! 种),再把女士插入相邻男士之间的五个空隙,受夫妻不能相邻或对面约束只有 4 种合法插法,乘法原理相乘得总方案。
15. 电子钟指示时间由 $00\colon00\colon00$ 到 $23\colon59\colon59$,在 $00\colon00\colon00$ 至 $12\colon00\colon00$ 的范围内(同一天的)共有________个时刻出现 $3$ 个数码 $7$?
乘法原理计数分类讨论
答案
$36$
解题步骤
如果在表盘上显示的数码为 $ab\colon cd\colon mn$,那么 $a\neq7,c\neq7,m\neq7$,因为 $a\leqslant2,c\leqslant5,m\leqslant5$,所以 $b=d$
$=n$
$=7$,此时 $a=0,c=0,1,2,3,4,5,m=0,1,2,3,4,5$,一共用到 $1\times6\times6=36$ 个出现 $3$ 个 $7$ 的时刻。
思路:分析哪些数位可能取 7,确定只能在个位上出现,再对各数位可取值数用乘法原理计数。
16. 我们做 $3$ 位数的“接尾写数游戏”,如下所示。 $$335\to502\to299\to901\to A\to B\to222$$ 那么,可填入 $A$ 和 $B$ 处的 $3$ 位数的组合有________种。
乘法原理计数数字谜
答案
$900$
解题步骤
记 $A=\overline{1ab}$,$B=\overline{bc2}$,因为 $B$ 是三位数,所以 $b$ 不能为 $0$,只有 $1\sim9$ 的 $9$ 种可能。而 $a$ 和 $c$ 都可以取 $0$ 到 $9$ 这 $10$ 个数字,所以所求的答案为 $9\times10\times10=900$(种)。
思路:由接尾规则确定 A、B 各数位的可取值范围,b 不能为 0,其余两位 0-9,乘法原理相乘。
17. 用 $4$ 种不同的颜色来涂正四面体(如下图所示,每个面都是完全相同的正三角形)的 $4$ 个面,使不同的面涂不同的颜色,有________种不同的涂法。(将正四面体任意旋转后仍然不同的涂色法,才被认为是不同的。)
figure
一个正四面体(三棱锥)的立体图:顶点在上,底面为三角形(底边一条用虚线表示被遮挡的棱),四个面均为全等的正三角形。
乘法原理染色问题立体几何计数
答案
$2$
解题步骤
这是一道染色问题,关键就是要发现正四面体共有多少种放法。不旋转时共有 $(4\times3\times2\times1=24)$(种)染色方法,而一个正四面体有 $4\times3=12$(种)放置方法($4$ 个面中选 $1$ 个作底面,再从剩余 $3$ 个面中任选 $1$ 个作正面),所以每种染色方式被计算了 $12$ 次,则不同的染色方法有 $24\div12=2$(种)。
思路:四面四色不旋转共 24 种,再除以正四面体的 12 种等价放置方式,得 2 种本质不同的涂法。
18. 如下图所示,一个花坛的道路由 $3$ 个圆和 $5$ 条线段组成,小兔要从 $A$ 处走到 $B$ 处,如果它在圆上只能顺时针方向走,在线段上只能从小圆走向大圆,且每条道路最多走一次,那么小兔可以选择的不同路线有________条。
figure
由三个同心圆组成的花坛:圆心附近标 A 处,最外圆下方标 B 处。三个圆环之间由 5 条径向线段连接,线段沿半径方向从内圆通向外圆。
乘法原理路径计数图论计数
答案
$6$
解题步骤
由乘法原理,走到中间圆 $2$ 种方法,中间圆到外圆 $3$ 种方法,每一种都可以到达 $B$,于是 $2\times3=6$(种)。
思路:从 A 经内圈到中圈有 2 种走法、中圈到外圈达 B 有 3 种走法,乘法原理得 6 条路线。
19. 下图是中国象棋盘,如果双方准备各放一个“棋子”,要求它们不在同一行,也不在同一列,那么总共有________种不同的放置方法。
figure
一张中国象棋棋盘:纵横交错的方格网,中间有一条横向的“楚河汉界”空白区将棋盘分为上下两半,上半与下半各有一处用交叉斜线标出的“米”字格(九宫)。
乘法原理计数排列
答案
$6480$
解题步骤
设甲方先放棋子,乙方后放棋子。那么甲方可以把棋子放在棋盘的任意位置,故甲方有 $10\times9=90$(种)不同的放置方法。对应甲方的第一种放法,乙方按规定必须去掉甲方棋子所在的行与列,而放置在剩下的任意位置,所以乙方有 $9\times8=72$(种)不同的放置方法。因此,总共有 $72\times90=6480$(种)不同的放置方法。
思路:先放甲子有 90 个交点可选,再放乙子需避开甲所在行与列(剩 9×8=72 个交点),乘法原理得 6480 种。

第8讲 加乘综合

加法原理:完成一件事有 $n$ 类不同的办法,各类办法相互独立,则完成这件事的方法数为各类方法数之和。
乘法原理:完成一件事需分 $n$ 个连续步骤,每一步的方法数依次相乘即为完成这件事的总方法数。
加乘原理综合运用:复杂计数问题往往需要先按情况分类(加法原理),每一类内部再分步计算(乘法原理),最后求和。
分类枚举与找规律:对方案有限的计数问题,通过有序枚举并归纳规律来计数,常用于整数拆分等问题。
整数拆分:把一个整数写成若干个正整数之和,注意是否考虑顺序以及相同数的处理。
组合数与插板法:用 $C_n^m=\frac{n\times(n-1)\times\cdots}{m!}$ 计算从 $n$ 个元素中取 $m$ 个的组合数;插板法用于将相同物体分组。
数字谜与数位计数:对带有数位约束(如含特定数字、首位非零、数位大小关系)的计数问题进行分类讨论。
1. 甲、乙、丙三个组,甲组 $6$ 人,乙组 $5$ 人,丙组 $4$ 人,现每组各选 $1$ 人一起参加会议,一共有______种选法;如果三组共同推选一个代表,有______种选法。
乘法原理加法原理
答案
$120$;$15$
解题步骤
各选 $1$ 人时:甲组选 $1$ 人有 $6$ 种选法,乙组选 $1$ 人有 $5$ 种选法,丙组选 $1$ 人有 $4$ 种选法。所以有 $6\times 5\times 4=120$(种)。
共同推选 $1$ 人时:有 $6+5+4=15$(种)选法。
思路:各组各选一人是分步完成,用乘法原理;共同推选一人是分类完成,用加法原理。
2. $10$ 个相同的玻璃球分给 $3$ 个人,每人至少分一个,有______种不同的分配方法。
整数拆分插板法分类枚举与找规律
答案
$36$
解题步骤
方法一:分类枚举找规律。令其中一个人为 $A$,固定 $A$ 进行分类枚举。
当 $A$ 分得 $8$ 时,$10=8+1+1$,$1$ 种;
当 $A$ 分得 $7$ 时,$10=7+1+2$
$=7+2+1$,$2$ 种;
当 $A$ 分得 $6$ 时,$10=6+1+3$
$=6+2+2$
$=6+3+1$,$3$ 种;
当 $A$ 分得 $5$ 时,$10=5+1+4$
$=5+2+3$
$=5+3+2$
$=5+4+1$,$4$ 种;
……
当 $A$ 分得 $1$ 时,$8$ 种;
综上,共有 $1+2+\cdots+8=36$(种)分法。
方法二:对 $10$ 进行分拆。
$10=1+1+8$
$=1+2+7$
$=1+3+6$
$=1+4+5$
$=2+2+6$
$=2+3+5$
$=2+4+4$
$=3+3+4$。
当三个数各不相同时,对于每种情况有 $6$ 种分法,$6\times 4=24$(种);
当有两个数相同时,对于每种情况有 $3$ 种分法,$3\times 4=12$(种)。
共有 $24+12=36$(种)分法。
方法三:插板法。把 $10$ 个玻璃球分成三堆,用插板法,在 $10$ 个球中产生的 $9$ 个缝隙中插入两个板即可,$C_9^2=9\times 8\div 2$
$=36$。所以共有 $36$ 种分配方法。
思路:每人至少一个、球相同而人不同,本质是把 $10$ 拆成三个正整数之和(有序),可枚举找规律,也可用插板法 $C_9^2$。
3. 在 $1000$ 至 $1999$ 这些自然数中,个位数大于百位数的有多少个?
数字谜与数位计数加法原理乘法原理
答案
$450$ 个
解题步骤
解决计数问题常用分类讨论的方法。
方法一:设 $1000$ 至 $1999$ 这些自然数为 $\overline{1abc}$(其中 $c>a$):
(1)当 $a=0$ 时,$c$ 可取 $1\sim 9$ 中的任一数字,$b$ 可取 $0\sim 9$ 中的任一数字,于是一共有 $9\times 10=90$(个)。
(2)当 $a=1$ 时,$c$ 可取 $2\sim 9$ 中的任一数字,$b$ 可取 $0\sim 9$ 中的任一数字,于是一共有 $8\times 10=80$(个)。
……
(9)当 $a=8$ 时,$c$ 取 $9$,$b$ 仍可取 $2$、$3$、$4$、$5$、$6$、$7$、$8$、$9$、$0$、$10$ 个符合条件的自然数。
所以,符合条件的自然数总数是有 $90+80+70+\cdots+20+10=450$(个)。
方法二:因为个位与百位的取值互换,所以个位大于百位的数与百位大于个位的数一样多,而个位等于百位的数有 $10\times 10=100$(个),个位大于百位的数与个位小于百位的数共有 $1000-100=900$(个)。所以个位大于百位的数有 $900\div 2=450$(个)。
思路:按百位数字 $a$ 从 $0$ 到 $8$ 分类,对每个 $a$ 计算个位 $c>a$ 的取法与十位的取法相乘后求和;也可用对称性,由 $900$ 个不相等情形对半得到。
4. 在下图所示的线段中,至少包含“☆”和“△”中一个的线段有______条。
figure
一条水平线段,上面标有若干等分的分点(共有 $7$ 个分点把线段分成若干小段)。其中一个分点区间上方标有五角星“☆”,靠右另一区间上方标有三角形“△”,二者分处线段中部偏左和偏右的位置。
加法原理乘法原理数线段(容斥)
答案
$21$
解题步骤
两点确定一条线段。包含“☆”的线段的左端点在“☆”的左边,从 $2$ 个点中选 $1$ 个;右端点在“☆”的右边,从 $6$ 个点中选 $1$ 个,因此含“☆”的线段有 $2\times 6=12$(条)。同理,含“△”的线段有 $5\times 3=15$(条),同时包含“☆”和“△”的线段有 $2\times 3=6$(条)。所以至少包含“☆”和“△”中一个的线段有 $12+15-6=21$(条)。
思路:用容斥:含☆的线段数加含△的线段数,再减去同时含两者的线段数(避免重复计算)。
5. 在 $1$,$2$,$\cdots$,$10000$ 中,一共有多少个数其各位数字中恰好有两个连续的 $9$?
数字谜与数位计数分类枚举与找规律乘法原理
答案
$261$ 个
解题步骤
两位数:$99$,$1$ 个;
三位数:$\overline{a99}$ 或 $\overline{99a}$,共有 $8+9=17$(个);
四位数:$\overline{ab99}$ 或 $\overline{99ab}$ 或 $\overline{a99b}$,共有 $9\times 9+9\times 10+8\times 9=243$(个);
所以 $1$ 到 $10000$ 以内共有 $1+17+243=261$(个)。
思路:按数字位数分类,对每类确定两个连续 $9$ 的位置,再用乘法原理计算其余数位的取法(注意首位不为 $0$、避免出现三个连续 $9$)。
6. 不重复地使用数码 $0$、$1$、$2$、$3$、$4$、$5$,请问可组成多少个不同的三位偶数?
乘法原理加法原理数字谜与数位计数
答案
$52$ 个
解题步骤
特殊数位优先考虑,由于个位是否为 $0$ 对首位有不同的影响,所以需要分类讨论。
(1)当个位为 $0$ 时,首位有 $5$ 种选择,十位有 $4$ 种选择,可以组成 $5\times 4=20$ 个偶数;
(2)当个位不为 $0$ 时,个位有 $2$ 种选择,此时首位有 $4$ 种选择,十位有 $4$ 种选择,可以组成 $2\times 4\times 4=32$ 个偶数。
因此,共可组成 $20+32=52$(个)三位偶数。
思路:三位偶数个位必为偶数,按个位是否为 $0$ 分类讨论(因为 $0$ 不能作首位),每类用乘法原理算出方法数再相加。
7. 用 $0$、$1$、$2$、$3$、$4$、$5$ 组成各位数字都不相同的六位数,并把这些六位数从小到大排列,第 $505$ 个数是______。
乘法原理数字谜与数位计数分类枚举与找规律
答案
$510234$
解题步骤
以 $1$ 开头的六位数有 $5\times 4\times 3\times 2\times 1=120$(个),以 $2$、$3$、$4$ 开头的六位数也有 $120$ 个,即以 $1$、$2$、$3$、$4$ 开头的六位数共有 $120\times 4=480$(个),所以第 $505$ 个六位数首位数字是 $5$;以 $50$ 为开头的六位数有 $4\times 3\times 2\times 1=24$(个),$480+24=504$,所以第 $505$ 个六位数是 $510234$。
思路:按首位(再按次高位)分组计数,逐步定位第 $505$ 个数落在哪一组,从而确定每一位的数字。
8. $2011$ 这个数的各位数字之和为 $2+0+1+1=4$,如果我们把各位数字之和等于 $4$ 的自然数称为“XES数”,那么 $2011$ 是第______个“XES数”。
整数拆分插板法分类枚举与找规律
答案
$27$
解题步骤
方法一:枚举法。按照位数进行分类。
$1$ 位数:$4$,$1$ 种;
$2$ 位数:$13$,$22$,$31$,$40$,$4$ 种;
$3$ 位数:$103$,$112$,$121$,$130$,$202$,$211$,$220$,$301$,$310$,$400$,$10$ 种;
$4$ 位数:$1$ 打头 $1003$,$1012$,$1021$,$1030$,$1102$,$1111$,$1120$,$1201$,$1210$,$1300$,$10$ 种;
    $2$ 打头 $2002$,$2011$,$2$ 种;
那么,$2011$ 是第 $1+4+10+10+2=27$(个)。
方法二:插板法。转换为插板法的题目。①当千位为 $0$ 时,相当于求三个数字之和为 $4$,且每个数都可能为 $0$,利用插板法,有 $C_{6}^{2}=C_{6}^{4}$
$=15$;②当千位为 $1$ 时,相当于求三个数字之和为 $3$,每个数也可能为 $0$,则有 $C_{5}^{2}=C_{5}^{3}$
$=10$;千位为 $2$ 的数有 $2002$,$2011$ 等,那么 $2011$ 是第 $15+10+2=27$(个)。
思路:求各位数字之和为 $4$ 的自然数中 $2011$ 的排名,可按位数有序枚举累加个数,也可转化为整数拆分用插板法计数。
9. 过年了,妈妈买了 $7$ 件不同的礼物,要送给亲朋好友的 $5$ 个孩子每人一件。其中小姐姐的儿子小强想从智力拼图和遥控汽车中选一件,朋友的女儿小玉想从学习机和遥控汽车中选一件,那么妈妈送出这 $5$ 件礼物共有______种方法。
乘法原理加法原理分类讨论
答案
$180$
解题步骤
假如小强选的是智力拼图,则小玉可以拿学习机或遥控汽车有 $2$ 种,剩下的再运用乘法原理,共有 $2\times 5\times 4\times 3=120$(种)方法。
假如给小强的是遥控汽车,则小玉只能拿学习机,共 $1\times 5\times 4\times 3=60$(种)方法。
总共有 $120+60=180$(种)方法。
思路:遥控汽车是两人都可能想要的“冲突”礼物,按小强是否拿到遥控汽车分类,每类内再用乘法原理给其余孩子分配剩下的礼物。
10. 若三位数 $\overline{abc}$(其中 $a$,$b$,$c$ 都是非零数字)满足 $\overline{ab}>\overline{bc}>\overline{ca}$,则称该三位数为“龙腾数”,那么共有______个“龙腾数”。
数字谜与数位计数分类讨论组合数与插板法
答案
$120$
解题步骤
$\overline{ab}>\overline{bc}>\overline{ca}$,说明 $a\geqslant b\geqslant c$。
(1)若 $a=b$,由 $\overline{ab}>\overline{bc}$,知 $b>c$;另一方面,当 $a=b>c$ 时,确有 $\overline{ab}>\overline{bc}>\overline{ca}$。这种情况有 $C_9^2=9\times 8\div 2$
$=36$ 种。
(2)若 $b=c$,由 $\overline{ab}>\overline{bc}$,知 $a>b$;但另一方面,当 $a>b=c$ 时,$\overline{bc}>\overline{ca}$ 不成立。
(3)若 $a\neq b$,$b\neq c$,由(1)知 $a>b>c$;另一方面,当 $a>b>c$ 时,确有 $\overline{ab}>\overline{bc}>\overline{ca}$。这种情况有 $C_9^3=9\times 8\times 7\div(3\times 2\times 1)$
$=84$(种)。
综合以上分析,本题答案为 $36+84=120$(种)。
思路:将数位大小关系转化为 $a\geqslant b\geqslant c$,再按 $a$、$b$、$c$ 是否相等分类讨论,分别用组合数 $C_9^2$、$C_9^3$ 计数后求和。
11. 有白、红、蓝、黄颜色的卡片各 $2$ 张,共 $8$ 张。相同颜色的卡片上写着相同的整数,不同颜色的卡片上写着不同的整数,并且满足下列条件: (1)$2$ 张白卡片和 $1$ 张红卡片上的整数之和是 $15$; (2)$8$ 张卡片上的整数之和是 $80$; (3)$1$ 张红卡片上的整数的 $3$ 倍与 $1$ 张黄卡片上的整数相等; (4)某张白或蓝卡片上写的是 $1$。 (问 $1$)如果有若干张卡片上的整数和是 $35$,那么,各种颜色的卡片各有几张($0$ 张就写 $0$)应该是:白______张、红______张、蓝______张、黄______张; (问 $2$)如果从 $8$ 张卡片中取出 $3$ 张卡片,这 $3$ 张卡片上的整数之和有______种可能的值。
加法原理乘法原理分类讨论数字谜与数位计数
答案
(问 $1$)白 $2$ 张、红 $0$ 张、蓝 $2$ 张、黄 $1$ 张;(问 $2$)$16$
解题步骤
(问 $1$)根据(2),白、红、蓝、黄四种颜色的卡片各取一张,它们上面的数之和为 $80\div 2=40$。①假设白 $=1$,则根据(1),红 $=15-1\times 2$
$=13$,根据(3),黄 $=13\times 3$
$=39$。此时,白 $+$ 红 $+$ 黄 $=1+13+39$
$=53>40$,三张卡片的数之和大于四张卡片的数之和,矛盾,所以白 $=1$ 不成立。
②因此蓝 $=1$。所以根据(1),红 $=15-2\times 白$;根据(3),黄 $=(15-2\times 白)\times 3$
$=45-6\times 白$。因此,白 $+$ 红 $+$ 黄 $+$ 蓝 $=白+15-2\times 白+45-6\times 白+1$
$=61-7\times 白$
$=40$,所以 $7\times 白=21$,白 $=3$。
红 $=15-3\times 2$
$=9$,黄 $=9\times 3$
$=27$,蓝 $=1$。
综上所述,白 $=3$,红 $=9$,蓝 $=1$,黄 $=27$,而每种颜色的卡片都只有 $2$ 张,$35=27\times 1+3\times 2+1\times 2$,因此黄卡片有 $1$ 张、红卡片有 $0$ 张、白卡片有 $2$ 张、蓝卡片有 $2$ 张。
(问 $2$)四个不同的数得到的和肯定不同,所以有多少种选取 $3$ 张卡片的方法,就有多少个不同的和。
①$3$ 张卡片的颜色都不同的情况,$4$ 种颜色取 $3$ 种不同,有 $4$ 种方法。
②$3$ 张卡片有两张相同的情况,$2$ 张相同有 $4$ 种选法,剩下一张卡片有 $3$ 种选法,有 $4\times 3=12$(种)。
综上所述,所求的选法数目为 $4+12=16$(种)。
思路:先用四色各取一张总和为 $40$ 及条件(1)(3)(4)建立关系求出各颜色卡片上的数,再分别处理两问:问 $1$ 把 $35$ 表示为各色数的组合,问 $2$ 按所取三张是否同色分类计数不同和值。
12. 美国篮球职业联赛(NBA)总决赛在洛杉矶湖人队和波士顿凯尔特人队之间进行,比赛采用 $7$ 场 $4$ 胜制,即先获得 $4$ 场胜利的球队将得到总冠军。比赛分为主场和客场,由于洛杉矶湖人队常规赛战绩较好,所以第 $1$、第 $2$、第 $6$、第 $7$ 均在洛杉矶进行,第 $3\sim 5$ 场在波士顿进行。最后湖人队在自己的主场获得总冠军,那么比赛过程中的胜负结果共有______种可能。
组合数与插板法分类讨论乘法原理
答案
$30$
解题步骤
由于湖人队最终主场获胜,而获胜的条件是先取得 $4$ 场胜利,所以湖人队在第 $6$ 场或在第 $7$ 场获胜。
如果在第 $6$ 场获胜,说明以 $4:2$ 获胜,前面 $5$ 场任选 $3$ 场即可,$C_5^3=5\times 4\times 3\div(3\times 2\times 1)$
$=10$(种);
如果在第 $7$ 场获胜,说明以 $4:3$ 获胜,前面 $6$ 场任选 $3$ 场即可,$C_6^3=6\times 5\times 4\div(3\times 2\times 1)$
$=20$(种);
所以共有 $10+20=30$(种)。
思路:湖人主场夺冠意味着第 $6$ 或第 $7$ 场获胜,分两类:在第 $6$ 场夺冠则前 $5$ 场选 $3$ 胜,在第 $7$ 场夺冠则前 $6$ 场选 $3$ 胜,用组合数计数后相加。
13. 任意给出一个数字不全相等的三位数(首位不为 $0$),把这个数中的各位数字按递减的顺序和递增的顺序重新排列,并将所得两数相减,即可得到一个新的三位数(首位可以为 $0$),这样的变化称为一次操作。继续对所得的结果进行操作,如此反复,总会得到一个结果为 $495$,且结果不再变化。那么,有______个三位数只经过一次操作就得到 $495$。
数字谜与数位计数分类枚举与找规律乘法原理
答案
$139$
解题步骤
设这个三位数 $a$,$b$,$c$ 组成且 $a\leqslant b\leqslant c$,则 $\overline{cba}-\overline{abc}=495$ 可知 $c-a=5$。满足条件的数组有 ①当 $c=5$,$a=0$,②$c=6$,$a=1$,③$c=7$,$a=2$,④$c=8$,$a=3$,⑤$c=9$,$a=4$。
①当 $c=5$,$a=0$ 时,$b=0$ 时,有 $1$ 个三位数;$b=1$,$2$,$3$,$4$ 时,分别有 $4$ 个三位数;$b=5$ 时,有 $2$ 个三位数,$1+4\times 4+2=19$(个)。
②当 $c=6$,$a=1$ 时,$b=1$ 或 $6$ 时,各有 $3$ 个三位数;$b=2$,$3$,$4$,$5$ 时,分别有 $6$ 个三位数,$2\times 3+4\times 6=30$(个)。
同理,后面的三类情况也都各有 $30$ 个数满足条件,共有 $19+30\times 4=139$(个)符合要求的三位数。
思路:一次操作得 $495$,由 $\overline{cba}-\overline{abc}=495$ 推出最大数字与最小数字之差为 $5$,按这对数字($c-a=5$)分类,再对中间数字及数字重复情况计数求和。
14. 如下图所示,每个小正三角形边长为 $1$,小虫每步走过 $1$,从 $A$ 出发,走 $4$ 步恰好回到 $A$ 的路有______条。(途中不再回 $A$)
figure
一个大正三角形被分割成边长为 $1$ 的若干小正三角形组成的三角形网格,网格中央有一个用实心黑点标出的格点 $A$,$A$ 是网格内部多条小三角形边的公共交点(周围有六个方向的边)。
加法原理乘法原理分类讨论图形计数
答案
$54$
解题步骤
恰走 $4$ 步回到 $A$,分两种情况。
(1)走两条边,即向前走两步,再往回退两步,回到 $A$ 点。从 $A$ 点出发,有 $6$ 条线,走 $6$ 条线中每走定 $1$ 条又会遇到 $5$ 个分支(不包括回 $A$ 的分支),所以这种情况下一共有 $6\times 5=30$(条)。
(2)走四条边,即沿着一个菱形的边走回 $A$ 点。在 $A$ 周围,含有 $A$ 点一共有 $12$ 个,每一个菱形有两种走法,即沿顺时针和逆时针方向,所以这种情况下一共有 $12\times 2=24$(条)。
综合这两种情况,一共有 $30+24=54$(条)。
思路:$4$ 步回到 $A$ 分为“沿一条边来回两次”(向前两步再原路退回)和“沿某个菱形走一圈”两类,分别计数后求和。

第9讲 应用题综合一

盈亏问题:通过比较两种分配方案的总量差(盈、亏)与每份的份数差,求出参与分配的份数与总数。
平均数问题:利用平均数=总数量÷总份数,以及移多补少、总量不变等关系求解平均数及相关量。
和差倍问题:根据两个量的和、差或倍数关系,借助假设法或方程求出各个未知量。
鸡兔同笼与假设法:通过假设全部为某一种情形,再依据与实际的差异进行调整,求出各类数量。
植树间隔问题:区分一端栽、两端栽、封闭路线等不同情形,运用棵数与间隔数的关系计算总长或棵数。
等差数列求和:利用首项、末项、项数关系及求和公式 $S=\frac{(a_1+a_n)\times n}{2}$ 解决等差累加问题。
列方程解应用题:设未知数,依据题中等量关系列出方程并求解,处理较复杂的应用题。
1. 一人看见山上有一群羊,他自言自语道:“我如果有这些羊,再加上这些羊,然后加上这些羊的一半,又加上这些羊一半的一半,最后再加上我家里的那一只,一共有 $100$ 只羊。”山上的羊群共有________只。
盈亏问题和差倍问题
答案
36
解题步骤
设这群羊为一份,那么 $1+1+0.5+0.25=2.75$(份),$2.75$ 份 $=(100-1)$ 只,所以这群羊有 $99\div2.75=36$(只)。
思路:把山上的羊群看作 1 份,将各种倍数关系折算成份数,用总只数(去掉家里的 1 只)除以份数即得。
2. $2011$ 年 $3$ 月 $11$ 日,日本发生里氏 $9$ 级大地震,在 $3$ 月 $15$ 日,日本本州东海岸附近海域再次发生 $5$ 级地震,已知里氏震级数每升高 $2$ 级,地震释放能量扩大将近 $1000$ 倍。那么 $3$ 月 $11$ 日的大地震释放能量是 $3$ 月 $15$ 日东海岸地震的________倍。
乘法原理倍数关系
答案
1000000
解题步骤
$1000\times1000=1000000$。
思路:震级每升高 2 级能量扩大约 1000 倍,9 级比 5 级高 4 级,相当于扩大两次,故为 $1000\times1000$ 倍。
3. 上午黑猫警察推着两筐桃子去集市卖,大筐有 $400$ 个、小筐有 $240$ 个,到了中午,两筐都卖出了相等个数的桃子,剩下桃子的数量大筐恰好是小筐的 $5$ 倍。上午一共卖出了________个桃子。
和差倍问题差倍问题
答案
400
解题步骤
差倍问题,两筐桃子的差不变,$400-240=160$(个),所以此时小筐里剩下的桃子有 $160\div(5-1)=40$(个),上午卖出的桃子有 $(240-40)\times2=400$(个)。
思路:两筐卖出相等的桃子,差不变;利用差倍关系求出小筐剩余,再倒推每筐卖出量。
4. 一张试卷共有 $21$ 道题,答对一道得 $8$ 分,答错一道扣 $6$ 分。小明答完了所有的题目,却得了零分。他答对________道题。
鸡兔同笼与假设法
答案
9
解题步骤
若全部答对,则小明应得 $21\times8=168$(分)。在这 $168$ 分中,小明若用 $1$ 道答对题目换 $1$ 道答错题目,则损失了 $8$ 分(应得的)$+6$ 分(扣掉的)$=14$ 分,而此时小明得了 $0$ 分,说明小明的 $168$ 分全部损失掉了,即错了 $168\div14=12$(道),则答对的题数为 $21-12=9$(道)。
思路:先假设全部答对得满分,每把一道对题换成错题损失固定分值,用满分除以单次损失得错题数,再求对题数。
5. 已知 $7$ 个红球 $5$ 个白球共重 $43$ 克,$5$ 个红球 $7$ 个白球共重 $47$ 克,那么 $4$ 个红球 $8$ 个白球共重________克。
和差倍问题列方程解应用题
答案
49
解题步骤
由 $\begin{cases}7\text{红}+5\text{白}=43\quad ①\\5\text{红}+7\text{白}$
$=47\quad ②\end{cases}$
由 ②$\times3-$① 得 $8$ 红 $+16$ 白 $=47\times3-43$
$=141-43$
$=98$,
$4$ 红 $+8$ 白 $=98\div2$
$=49$。
思路:将两个等量关系组合,通过倍数相减消去使系数成为目标比例,直接得到所求组合的重量。
6. 甲、乙、丙三条公路,甲公路的长度是乙公路的 $3$ 倍,乙公路的长度比丙短 $25$ 千米,甲公路的长度比丙公路长 $240$ 千米。甲公路长________千米,乙公路长________千米,丙公路长________千米。
和差倍问题列方程解应用题
答案
甲 $303$,乙 $101$,丙 $63$
解题步骤
乙比丙的 $2$ 倍少 $25$ 千米,甲是乙的 $3$ 倍,那么甲是丙的 $6$ 倍少 $75$ 千米;又甲比丙长 $240$ 千米,所以丙 $=(240+75)\div(6-1)$
$=63$(千米),乙 $=63\times2-25$
$=101$(千米),甲 $=101\times3$
$=303$(千米)。
思路:用乙作基准,把甲、丙都用乙表示,借助甲比丙长的关系建立等量式求出各公路长度。
7. 某班 $43$ 名同学围成一圈,由班长起从 $1$ 开始连续报数,谁报到 $100$,谁就表演一个节目;然后再由这个同学起从 $1$ 开始连续报数,结果第一个表演节目的是小明,第二个表演节目的是小强,那么小明和小强之间有________名同学。
周期问题余数
答案
$12$ 或 $29$
解题步骤
$100\div43=2\cdots\cdots14$,小明和小强之间有同学 $14-2=12$(名)或 $43-14=29$(名)。
思路:报数 100 在 43 人的圈里循环,求出余数即落点位置,两次报数的位置差对应两人之间的人数(顺、逆两种)。
8. 几个小朋友在一起做游戏,选一个小朋友做队长,男孩做队长时,队员中女孩比男孩多一倍;女孩做队长时,队员中男孩与女孩一样多。男孩有________人,女孩有________人。
和差倍问题列方程解应用题
答案
男 $3$,女 $4$
解题步骤
和差倍问题最重要的方法就是画线段图(见下图)。所以男孩有 $(1+1)\div(2-1)+1=3$(人),女孩有 $3+1=4$(人)。
思路:对两种当队长的情形分别建立队员中男女人数关系,联立求解男女人数。
9. 柯南家 $2008$ 年一年用电 $10200$ 千瓦时,上半年的月平均用电比下半年的月平均用电少 $100$ 千瓦时。柯南家下半年的月平均用电为________千瓦时。
平均数问题和差倍问题
答案
900
解题步骤
$(10200+600)\div2=5400$(千瓦时),下半年的月平均用电为 $5400\div6=900$(千瓦时)。
思路:上半年比下半年每月少 100 千瓦时共少 600,用总量补差后取一半得下半年总量,再除以 6 得月均。
10. 某校男老师的平均年龄是 $27$ 岁,女老师的平均年龄是 $32$ 岁,全体老师的平均年龄是 $30$ 岁,如果男老师比女老师少 $13$ 名,那么该校共有________名老师。
平均数问题列方程解应用题
答案
65
解题步骤
设男教师为 $x$ 名,根据题意有 $27x+32(x+13)=30(2x+13)$,解得 $x=26$,则女教师有 $26+13=39$(名),全校共有 $26+39=65$(名)老师。
思路:以男教师人数为未知数,按男、女、整体平均年龄列加权总和相等的方程求人数。
11. 喜羊羊等一群小羊割了一堆青草准备过冬。他们算了一下,平均每只小羊割了 $45$ 千克。如果除了他们自己外,再分给慢羊羊村长一份,那么每只小羊只分得 $36$ 千克。回到村里,懒羊羊走来,也要分一份,这样一来,每只小羊就只能分得________千克草了。
盈亏问题平均数问题
答案
30
解题步骤
方法一:设共有 $x$ 只小羊参加割草,列出方程 $45x=36\times(x+1)$,得 $x=4$,总草量有 $45\times4=180$(千克)。分给 $6$ 只羊,每只羊只能分到 $30$ 千克。
方法二:分给村长慢羊羊一份后,每只小羊少分 $45-36=9$(千克),原有小羊 $36\div9=4$(只),总草量有 $45\times4=180$(千克),分给 $6$ 只羊,每只分得 $180\div6=30$(千克)。
思路:由两种分配方案的份额差求出羊的只数与总草量,再加入一只重新平分得每只份额。
12. 某汽车厂同时建成两条生产线,第一条生产线第一个月生产了 $1000$ 辆汽车,以后每个月比前一个月多生产 $100$ 辆;第二条生产线第一个月也生产了 $1000$ 辆汽车,以后每半个月比前半个月多生产 $50$ 辆。那么,该厂生产 $20000$ 辆汽车需________个月。
等差数列求和
答案
7
解题步骤
经尝试 $7$ 个月时,两条生产线分别生产汽车
$1000\times7+100\times(1+2+\cdots+6)=9100$(辆);
$1000\times7+50\times(1+2+\cdots+12)=10900$(辆)。
共生产汽车 $9100+10900=20000$(辆)。
思路:两条生产线均为等差累加,用首项乘月数加公差乘 0 到 n-1 的和分别求各线产量再相加。
13. 某校学生人数比四年级人数的 $6$ 倍少 $78$ 人,并且除了四年级外其他各年级的学生人数总合为 $2222$ 人,那么该校共有学生________人。
和差倍问题盈亏问题
答案
2682
解题步骤
设四年级人数为“$1$ 份”,则全校为 $6$ 份少 $78$ 人,其他年级为 $5$ 份少 $78$ 人,$2222+78$ 就是 $5$ 份,$1$ 份 $=(2222+78)\div(6-1)$
$=460$(人),
总人数 $2222+460=2682$(人)。
思路:将四年级人数设为 1 份,全校与其他年级用份数表示,由其他年级人数反推每份从而求总人数。
14. 如下图所示,有海、陆、空三个兵种组成的仪仗队,每兵种纵队有 $400$ 人,都平均分成 $8$ 竖行并排前进,海军前后两排间隔 $1$ 米,陆军前后两排间隔 $2$ 米,空军前后两排间隔 $3$ 米。各兵种队伍之间相隔 $5$ 米。三兵种士兵每分钟都走 $90$ 米,仪仗队通过检阅台需 $4$ 分钟。那么检阅台总长为________米。
figure
一支仪仗队队形示意图:队伍分成 8 竖行并排前进,顶部用向上的箭头表示前进方向,横向的细线表示前后各排,底部用花括号标注“8 竖行”。
植树间隔问题行程问题
答案
56
解题步骤
海军长度:$(400\div8-1)\times1=49$(米);陆军长度:$(400\div8-1)\times2=98$(米);空军长度:$(400\div8-1)\times3=147$(米),队伍总长度为 $49+98+147+5\times2=304$(米),检阅台总长度为 $90\times4-304=56$(米)。
思路:每兵种按一端栽间隔算出各自队伍长度,加上兵种间间隔得队伍总长,再用走过距离减队伍长得检阅台长。
15. 某商场有一些糖果,其中水果糖每千克 $5.6$ 元,奶糖每千克 $7.2$ 元、巧克力每千克 $8.8$ 元。奶糖比水果糖少 $3$ 千克,比巧克力多 $2$ 千克,这些糖果平均价格每千克 $7$ 元,那么,巧克力有________千克。
平均数问题列方程解应用题
答案
11
解题步骤
这是一道涉及平均数的实际生活问题,利用方程来解非常简单。
解:设奶糖有 $x$ 千克,则水果糖有 $(x+3)$ 千克、巧克力有 $(x-2)$ 千克,根据题意,
$5.6(x+3)+7.2x+8.8(x-2)=(x+x+3+x-2)\times7$
$0.6x=7.8$
$x=13$
则巧克力有 $13-2=11$(千克)。
思路:设奶糖重量为未知数,用它表示三种糖的重量,按总价等于总重乘平均价列方程求解。
16. 宁宁、蕾蕾和凡凡三人合租一辆轿车从学校回家(见下图)。他们约定:共同乘坐的部分所产生的车费由乘坐者平均分摊;单独乘坐的部分所产生的车费,由乘坐者单独承担。结果,三人承担的车费分别为 $10$ 元、$25$ 元、$85$ 元。宁宁家距离学校 $12$ 公里,凡凡家距离学校________公里。
figure
一条水平直线表示从学校回家的路线,线上自左到右依次标有四个方框:学校、宁宁家、蕾蕾家、凡凡家,下方有连线表示各段距离。
和差倍问题比例关系
答案
48
解题步骤
从学校到宁宁家。三个人每人分摊 $10$ 元,总计消费 $10\times3=30$(元),从学校到凡凡家,三人总计消费 $30+15\times2+60=120$(元),
所以学校到凡凡家的距离就是到宁宁家的 $4$ 倍,$12\times4=48$(公里)。
思路:按宁宁家、蕾蕾家、凡凡家分段分摊车费,求出全程总车费与到宁宁家车费的倍数,再由距离与车费成正比求距离。
17. 幼儿园老师买了同样多的巧克力、奶糖和水果糖。她发给每个小朋友 $2$ 块巧克力,$7$ 块奶糖和 $8$ 块水果糖,发完后清点一下,水果糖还剩 $15$ 块,而巧克力恰好是奶糖的 $3$ 倍。那么共有________个小朋友。
列方程解应用题和差倍问题
答案
10
解题步骤
设共有 $x$ 个小朋友,那么水果糖的数量是 $(8x+15)$ 块,其他糖的数量也是 $8x+15$ 块。根据剩下的巧克力是剩下的奶糖的 $3$ 倍列出方程:$8x+15-2x=3\times(8x+15-7x)$,解得 $x=10$。
思路:用小朋友人数表示三种糖发出与剩余的数量,依据巧克力是奶糖 3 倍的关系列方程求人数。
18. 一套数学书分上下两册,编页码时共用了 $2010$ 个数码,又知上册比下册多 $28$ 页,那么上册有________页。
数码个数问题和差倍问题
答案
385
解题步骤
每册书从第 $1$ 页到第 $99$ 页有数码 $9+90\times2=189$(个),两册书共有 $189\times2=378$(个),三位数的数码共有 $2010-378=1632$(个),$1632\div3=544$(页),
两册书共有 $99\times2+544=742$(页),上册书共有 $(742+28)\div2=385$(页)。
思路:按位数统计数码个数,先扣除一、二位数所用数码求出三位数页数,得总页数后用和差关系求上册页数。
19. 有大小相同的正方形白石和黑石各 $n$ 个。首先,将黑石不留空隙地摆成一个正方形,然后在其外围摆一圈白石,再用剩下的黑石在白石圈的外围摆一圈,最后再用剩下的白石在黑石圈的外围再摆一圈,正好将所有石子用完(如下图所示)。那么 $2n=$________。
figure
一个由黑白正方形石子组成的同心方形图:最外层为黑色正方形边框,向内依次为白色方框、黑色方框,中心为一个实心黑色正方形,黑白相间逐层嵌套。
等差数列求和图形规律
答案
$144$ 个
解题步骤
如上图所示,记最外层的一圈白石为 $a$ 个,它里面的一圈黑石为 $b$ 个,再里边的一圈白石为 $c$ 个,最中间的黑石组成的正方形再分成外面一圈($d$ 个)和里面的正方形($e$ 个)两部分。
注意到 $a-b=b-c$
$=c-d$
$=8$,所以 $c=d+8$,$b=d+16$,$a=d+24$。因为黑石的总数 $=$ 白石的总数,所以 $b+d+e=a+c$,$d+16+d+e=d+8+d+24$,$e=32-16$
$=4\times4$。
最大的正方形的每一边有 $4+4\times2=12$(个)石子,所以石子的总数为 $12\times12=144$(个)。
思路:设各圈石子数,利用相邻圈相差 8 的等差关系及黑白石子数相等,求出最大正方形边长并算出总数。

第10讲 应用题综合二

盈亏问题:通过比较两种不同分配方案产生的盈余与不足,求出对象总数或单位量。
鸡兔同笼与假设法:对含多类对象的头数、脚数等问题,先假设全为某类再调整,求各类数量。
和差倍问题:利用几个量之间的和、差、倍数关系列式或整体代换求出各量。
列方程解应用题:设未知数把题中等量关系转化为方程或方程组,并结合整数约束求解。
枚举与逻辑推理:对分牌、分糖等问题枚举可能情况并依条件排除,确定唯一答案。
周期与位置计算:利用排列的周期规律确定特定序号元素的位置,进而求距离等。
整体代换求和:统计各量在多条信息中出现的次数,整体相加求若干量之和。
1. 有 $60$ 名学生,男生、女生各 $30$ 名,他们手拉手围成一个圆圈。如果让原本牵着手的男生和女生放开手,可以分成 $18$ 个小组。那么,如果原本牵着手的男生和男生放开手时,分成了______个小组。
圆圈排列计数推理
答案
21
解题步骤
原本牵着手的男生和男生、女生和女生共 $60-18=42$(人),
其中男生和女生各占一半 $42\div2=21$(人)。
所以如果原本牵着手的男生和男生放开手时,分成了 $21$ 个小组。
思路:利用环形上相邻关系的总数与男男相邻段数的对应关系求出小组数。
2. 四(2)班举行"六一"联欢晚会,辅导员老师带着一笔钱去买糖果,如果买芒果 $13$ 千克,还差 $4$ 元;如果买奶糖 $15$ 千克,则还剩 $2$ 元,已知每千克芒果比奶糖贵 $2$ 元,那么,辅导员老师带了______元。
盈亏问题列方程解应用题
答案
152
解题步骤
方法一:每千克芒果比奶糖贵 $2$ 元,所以辅导员老师带的钱可买 $11$ 千克芒果和 $2$ 千克奶糖,或者买 $1$ 千克芒果和 $14$ 千克奶糖。因此 $10$ 千克芒果和 $12$ 千克奶糖价格相等。又 $10$ 千克芒果比 $10$ 千克奶糖贵 $20$ 元,所以 $2$ 千克奶糖的价格是 $20$ 元,因此每千克奶糖的价格是 $10$ 元,于是辅导员老师带了 $15\times10+2=152$(元)钱。
方法二:买 $13$ 千克芒果差 $4$ 元,把 $15$ 千克奶糖换成 $13$ 千克芒果需要 $2\times15-2=28$(元),根据盈亏公式每千克芒果 $(28-4)\div(15-13)=12$(元),辅导员老师带了 $12\times13-4=152$(元)。
方法三:设奶糖价格是每千克 $x$ 元,则芒果每千克 $(x+2)$ 元,所以 $13(x+2)-4=15x+2$,即 $20=2x$,$x=10$,于是辅导员老师带了 $15\times10+2=152$(元)钱。
思路:用两种买法的盈亏差,结合芒果与奶糖单价差,求出辅导员所带的钱。
3. 下面是小波和售货员阿姨的一段对话: 小波:"阿姨,您好!" 售货员:"同学,你好,想买点什么?" 小波:"我只有 $100$ 元,请帮我安排买 $10$ 支钢笔和 $15$ 本笔记本。" 售货员:"好,每支钢笔比每本笔记本贵 $5$ 元,退你 $5$ 元,请拿好,再见。" 根据这段对话,则钢笔每支______元,笔记本每本______元。
和差倍问题等量代换
答案
$5$;$3$
解题步骤
将 $10$ 支钢笔换成 $10$ 本笔记本将少花 $20$ 元,
所以每本笔记本价钱为 $(100-5-20)\div(10+15)=3$(元),则钢笔每支 $5$ 元。
思路:将钢笔按单价差换算为笔记本,统一为同种物品求出单价。
4. 老师买了同样数目的田格本、横线本和练习本,他发给每个同学 $1$ 个田格本、$3$ 个横线本和 $5$ 个练习本,这时横线本还剩 $24$ 个,那么田格本和练习本共剩了______个。
盈亏问题倍数关系
答案
48
解题步骤
老师发给学生的田格本和练习本的总数是横线本的 $2$ 倍,田格本和练习本总数也是横线本的 $2$ 倍,所以剩下的田格本和练习本的总数也是横线本的 $2$ 倍。$24\times2=48$(本)。
思路:由发放和总数都是横线本的倍数,得到剩余量也成倍数关系。
5. 一个书架上有数学、语文、英语、历史 $4$ 种书共 $35$ 本,且每种书的数量互不相同。其中数学书和英语书共有 $16$ 本,语文书和英语书共有 $17$ 本。有一种书恰好有 $9$ 本,这种书是______书。
枚举推理和的分析
答案
英语
解题步骤
由四种书共有 $35$ 本,语文书和英语书共有 $17$ 本可知,数学书和历史书共有 $18$ 本。因为四种书的数量互不相同,有一种书恰好有 $9$ 本,显然数学或历史不能是 $9$ 本。若语文有 $9$ 本,则英语有 $8$ 本,数学也有 $8$ 本,这与每种书的数量互不相同相矛盾。
所以有 $9$ 本的是英语书。
思路:由各组合的和分析每种书数量,排除相等情况确定哪种恰为 $9$ 本。
6. 有 $9$ 张纸牌,分别写着 $1\sim9$。$A$、$B$、$C$、$D$ 四人取牌,每人取 $2$ 张。已知 $A$ 取的两张牌之和是 $10$;$B$ 取的两张牌之差是 $1$;$C$ 取的两张牌之积是 $24$;$D$ 取的两张牌之商是 $3$。剩下的一张牌是______。
数字枚举逻辑推理
答案
7
解题步骤
$C$ 的两张牌只能是 $3$、$8$ 或 $4$、$6$。当 $C$ 是 $3$、$8$ 时,$D$ 只能是 $6$、$2$,推知 $A$ 是 $1$、$9$,$B$ 是 $5$、$4$,剩下一张是 $7$;当 $C$ 是 $4$、$6$ 时,$D$ 是 $3$、$1$ 或 $9$、$3$,$A$ 是 $2$、$8$,此时剩下的三张牌是 $5$、$7$、$9$ 或 $1$、$5$、$7$,不能满足 $B$ 的要求,不合题意。
思路:先从积为 $24$ 的两种拆分入手枚举,结合其余条件确定剩下的牌。
7. 丁丁和爸爸、妈妈在公园里玩跷跷板,爸爸体重为 $72$ 千克,坐在跷跷板的一端,体重只有妈妈一半的丁丁和妈妈同坐在跷跷板的另一端,这时,爸爸坐的一端仍然着地;丁丁借来一个重量为 $6$ 千克的哑铃,加在他和妈妈坐的一端,结果丁丁这一端着地。如果丁丁的体重是整数千克,那么丁丁的体重是______千克。
不等式估算倍数关系
答案
23
解题步骤
根据题意知道爸爸的体重比丁丁的三倍重,$72\div3=24$,所以丁丁的体重小于 $24$ 千克;加上 $6$ 千克的哑铃后,$(72-6)\div3=22$(千克),丁丁的体重大于 $22$ 千克,又丁丁的体重是整数千克,所以丁丁的体重是 $23$ 千克。
思路:两种状态分别给出体重的上下界,再取区间内的整数解。
8. 猴王带领一群猴子去摘桃,下午收工后,猴王开始分配,若每只大猴分 $5$ 个,每只小猴分 $3$ 个,猴王可以留 $10$ 个,若每只大、小猴都分 $4$ 个,猴王能留下 $20$ 个。在这群猴子中(不包括猴王),大猴比小猴多______只。
盈亏问题差量分析
答案
10
解题步骤
大猴分 $5$ 个,小猴分 $3$ 个,猴王可以留 $10$ 个;而现在大猴分 $4$ 个,每只大猴比原来少分到 $1$ 个,而每只小猴比原来多分了 $1$ 个,最后导致猴王多了 $10$ 个,说明原来大猴比小猴多 $10$ 只。
思路:比较两种分法下大、小猴各自的盈亏,差额即为大猴比小猴多的数量。
9. 小甜甜的妈妈给小甜甜买了一包糖,小甜甜每天都要吃掉一部分糖,每天都会吃掉比前一天多的糖,$5$ 天一共吃了 $31$ 颗糖,若是第五天吃的糖是第一天的 $3$ 倍,那么她第四天能吃______颗糖。
枚举构造递增数列
答案
8
解题步骤
小甜甜若是第一天吃的糖小于等于两颗,那么她第五天吃的会少于等于 $6$ 颗,那么 $5$ 天一共吃的糖不多于 $6+5+4+3+2=20$(颗),小于 $31$ 颗,不满足。若是第一天吃的糖不少于 $4$ 颗,那么第二天不少于 $5$ 颗,在第三天不少于 $6$ 颗,第四天不少于 $7$ 颗,而在第五次不少于 $4\times3=12$(颗),这样他全部吃了不少于 $4+5+6+7+12=34$(颗)糖,大于 $31$ 颗,不满足。所以第一天吃的糖只能是 $3$ 颗,则在第五天吃 $3\times3=9$(颗),$31=3+5+6+8+9$
$=3+4+7+8+9$,所以她第四天只能吃 $8$ 颗糖。
思路:利用每天严格递增且第五天为第一天 $3$ 倍,枚举满足总和的构造。
10. 一些奇异的动物在草坪上聚会,有独脚兽($1$ 个头、$1$ 只脚)、双头龙($2$ 个头、$4$ 只脚)、三脚猫($1$ 个头、$3$ 只脚)和四脚蛇($1$ 个头、$4$ 只脚)。如果草坪上的动物共有 $58$ 个头、$160$ 只脚,且四脚蛇的数量恰好是双头龙的 $2$ 倍,那么其中独脚兽有______只。
假设法鸡兔同笼
答案
7
解题步骤
$2$ 只四脚蛇和 $1$ 只双头龙共有 $4$ 个头和 $12$ 只脚,相当于 $4$ 只三脚猫。按照鸡兔同笼问题的解法有 $(58\times3-160)\div(3-1)=7$(只)。所以共有 $7$ 只独脚兽。
思路:将四脚蛇与双头龙按倍数关系合并,转化为鸡兔同笼用假设法求解。
11. $A$、$B$、$C$、$D$、$E$ 五人坐在一起聊天。小明想知道这五个人的年龄和。可五人都没有直接回答。$E$ 说:"$A$、$B$、$C$、$D$ 四个人的年龄和 $101$ 岁"。$D$ 说:"$B$、$C$、$E$ 三个人的年龄和 $105$ 岁"。$C$ 说:"$A$、$B$、$D$、$E$ 四个人的年龄和 $115$ 岁"。$B$ 说:"$A$、$D$、$E$ 三个人的年龄和 $80$ 岁"。$A$ 说:"$A$、$C$、$D$ 三个人的年龄和 $66$ 岁"。请问:五人的年龄和是______岁。
整体代换方程组求和
答案
143
解题步骤
将 $5$ 人说的话列成下表:
从整体看问题:$A$ 共用 $4$ 次,$B$ 共用 $3$ 次,$C$ 共用 $3$ 次,$D$ 共用 $4$ 次,$E$ 共用 $3$ 次。所以,将 $B$、$C$、$E$ 再补上一次,$A$、$B$、$C$、$D$、$E$ 就各用 $4$ 次。所以五人的年龄和是 $(101+80+115+66+105\times2)\div4=143$。
思路:统计每人在各条信息中出现的次数,通过整体相加求出五人年龄和。
12. 大小箱子共 $62$ 个,小箱子 $5$ 个一吨,大箱子 $3$ 个一吨。现要用一辆卡车运走这些箱子。如果先装大箱子,大箱子装完后恰好还可装 $15$ 个小箱子。如果先装小箱子,小箱子装完后恰好还可装 $15$ 个大箱子。那么这些箱子中,大箱子有______个。
列方程解应用题容量分析
答案
27
解题步骤
根据题意可知,所有大箱子 $+15$ 个小箱子的重量 $=$ 所有小箱 $+15$ 个大箱子的重量。如果去掉 $15$ 个大箱子和 $15$ 个小箱子,剩下 $32$ 个箱子,可得到所有大箱子 $-15$ 个大箱子的重量 $=$ 所有小箱子 $-15$ 个小箱子的重量。剩下的箱子中大箱子和小箱子总重量相等,个数比为 $3:5$,有 $32\div(3+5)\times3=12$(个)大箱子,原来有 $12+15=27$(个)大箱子。
思路:由两种先装方式得到大、小箱子的重量等式,列式求出大箱子数量。
13. 一只小蜜蜂发现了一处蜜源,它立刻回巢招来 $10$ 个同伴,可还是采不完。于是,每只蜜蜂回去为各自找来 $10$ 只蜜蜂,大家再接着干,还是采下很多很蜜没有采完。于是,蜜蜂们又同去再回巢,每只蜜蜂又叫来 $10$ 个同伴,但仍然采不完。蜜蜂们再回去,每只蜜蜂又叫来 $10$ 个同伴,这一次,终于把这一片蜜源采完了。你来算一算采这块蜜源的蜜蜂一共有______只。
乘方计数等比增长
答案
14641
解题步骤
每只小蜜蜂找来 $10$ 只蜜蜂,所以每次新叫来的蜜蜂是原来蜜蜂数的 $10$ 倍,即每叫一次,蜜蜂数目变为原来的 $11$ 倍,共叫了 $4$ 次,现在的蜜蜂共有 $1\times11\times11\times11\times11=14641$(只)。
思路:每轮蜜蜂总数变为原来的 $11$ 倍,连乘四次即得总数。
14. 甲打一篇文稿,打完一半后吃晚饭,晚饭后每分钟比晚饭前多打 $32$ 个字。前后共打 $50$ 分钟,前 $25$ 分钟比后 $25$ 分钟少打 $640$ 个字。文稿一共______字。
和差问题速度差分析
答案
3840
解题步骤
由"前 $25$ 分钟比后 $25$ 分钟少打 $640$ 个字",可知:多打这 $640$ 个字需要的时间是:$640\div32=20$(分钟),那么就知饭前用了 $30$ 分钟,饭后用了 $20$ 分钟,如果这 $640$ 个字全部用饭前的速度打,则需要 $10$ 分钟,故可知饭前的速度是每分钟 $64$ 个字,饭后的速度是每分钟 $96$ 个字,则文稿一共有:$64\times30+96\times20=3840$(个)字。
思路:利用前后两半字数差与速度差求出每段时间,再算出文稿总字数。
15. 甲乙二人相距 $30$ 米面对面站好。两人玩"石头、剪子、布"。胜者向前走 $3$ 米,负者向后退 $2$ 米。平局两人各向前走 $1$ 米。玩了 $15$ 局后,甲距出发点 $17$ 米,乙距出发点 $2$ 米。甲胜了______次。
盈亏问题行程列式
答案
7
解题步骤
有胜有负的局,两人距离缩短 $1$ 米;平局两人距离缩短 $2$ 米。$15$ 局后两人之间的距离缩短 $15\sim30$ 米。
(1)如果两人最后的效果都是后退,两人之间的距离会变大,与上述结论矛盾。
(2)如果两人最后的效果是"一人前进,另一人后退",如果乙前进,甲后退,两人距离增大,这与(1)矛盾。则一定是甲前进,乙后退,两人距离会缩短 $15$ 米。但如果两人距离缩短 $15$ 米,只能是 $15$ 局都是"胜负局"。假设甲 $15$ 局都是胜者,他会前进 $45$ 米,每把一次"胜者"换成一次"负者",他会少前进 $5$ 米。$45$ 减去多少个 $5$ 都不可能等于 $17$,这种情况不成立。
(3)如果两人最后的效果是都向前进,两人的距离缩短 $19$ 米。假设 $15$ 局都是"胜负局",两人之间距离缩短 $15$ 米,每把一局"胜负局"换成平局,两人之间距离多缩短 $1$ 米。由"鸡兔同笼"法求出,"胜负局"有 $11$ 局,平局有 $4$ 局。
$4$ 局平局中甲前进了 $4$ 米。假设甲其余 $11$ 局都是胜者,他一共前进 $33+4=37$(米)。每把一局胜局改为败局,他会后退 $5$ 米,要想前进 $17$ 米,则改 $(37-17)\div5=4$(局)。故甲胜了 $11-4=7$(次)。
验算:甲 $7$ 胜 $4$ 平 $4$ 败,前进 $21+4-8=17$(米);乙 $4$ 胜 $7$ 败 $4$ 平,前进 $12+4-14=2$(米)。
思路:先由两人位置变化确定平局与胜负局的局数,再用盈亏法求甲获胜次数。
16. 红、黄、蓝三种颜色的球共 $2012$ 个排成一排,相邻两球之间的距离为 $1$ 厘米。每相邻的 $4$ 个球中都有 $1$ 个红球、$1$ 个黄球和 $2$ 个蓝球。左数第 $100$ 个红球和右数第 $100$ 个黄球之间的距离是 $1213$ 厘米,那么左数第 $100$ 个蓝球和右数第 $100$ 个蓝球之间的距离是______厘米。
周期问题位置计算
答案
1615
解题步骤
每 $4$ 个球中有 $1$ 个红球、$1$ 个黄球,那么左数第 $100$ 个红球应在 $(397,398,399,400)$ 中;右数第 $100$ 个黄球应在 $(1613,1614,1615,1616)$ 中,由于两球之间的距离是 $1213$ 厘米,只能是 $400$ 和 $1613$,即第 $400$ 个为红球,第 $1613$ 个为黄球。所以从第一个球起,球的颜色按照"黄,蓝,蓝,红"循环。左数第 $100$ 个蓝球应为 $(197,198,199,200)$ 中的第 $199$ 个,右数第 $100$ 个蓝球应为 $(1813,1814,1815,1816)$ 中的第 $1814$ 个,之间的距离是 $1814-199=1615$(厘米)。
思路:按 $4$ 球一周期确定红、黄、蓝球的位置编号,再求两个目标蓝球的间距。
17. 四年级(1)班尚剩班费 $m$($m$ 为小于 $400$ 的整数)元,拟为每位同学买 $1$ 本相册。某批发兼零售文具店规定:购相册 $50$ 本起可按批发价出售,少于 $50$ 本则按零售价出售,批发价比零售价每本便宜 $2$ 元,班长若为每位同学买 $1$ 本,刚好用完 $m$ 元;但若多买 $12$ 本给任课教师,可按批发价结算,也恰好只要 $m$ 元。那么该班有______名同学。
列方程解应用题整数解分析
答案
42
解题步骤
设零售价每本 $y$ 元,学生 $x$ 人。则
$xy=m$;
$(x+12)(y-2)=m$。
$xy+12y-2x-24=m$;
$12y-2x=24$,
$6y=12+x$,
$x$ 是 $6$ 的倍数,$x=6k$,$6k+12>50$,$k>6$;
$y=2+k$,$6k(2+k)<400$。
经检验,$k=7$。
所以 $x=42,y=9$。
思路:分别按零售与批发列出总价相等的方程,结合整数与范围限制求人数。
18. 古时候有两位贩卖家畜的商人把他们共有的一群牛卖掉,每头牛卖得的钱数正好等于牛的头数。他们把所得的钱买回了一群羊,每只羊 $10$ 文钱,钱的零头又买了一只小羊。他们平分了这些羊,结果第一个人多得了一只大羊,第二个人得到了那只小羊。为了公平,第一个人应补给第二个人______文钱。
完全平方数数位分析
答案
2
解题步骤
大羊的数目为奇数,小羊价钱小于 $10$ 文。两人分羊,每次共分 $2$ 只大羊,最后一次分 $1$ 只大羊和 $1$ 只小羊,所以卖得的总钱数目应该是除以 $20$ 余数大于 $10$ 的。
设一共有牛 $10a+b$,其中 $a\geqslant0,0<b<10$,则 $(10a+b)^2=100a^2+20ab+b^2$,所以 $b^2$ 是除以 $20$ 余数大于 $10$ 的。
检验 $b=1,2,3,4,\cdots,9$,只有 $b=4$ 或者 $6$ 是满足情况。两种情况下小羊的价格都是 $6$ 文,所以第一个人应该给第二个人 $2$ 文。
思路:由牛数的平方表示总钱数,分析其个位与十位,定出小羊价钱再求补偿。
19. 芳子参加数学、语文、自然、英语 $4$ 科考试,她得的分数都是整数,也没有得 $0$ 分的科目。各科的满分成绩都是 $100$ 分。 芳子的成绩是: 数学和自然的分数之和是语文和英语分数之和的 $4$ 倍; 数学和英语的分数之和是语文和自然分数之和的 $3$ 倍; 数学和语文的分数之和是英语和自然分数之和的 $2$ 倍。 (问 $1$)芳子 $4$ 科的总成绩是多少分? (问 $2$)芳子的数学成绩是多少分?
方程组求解整数约束
答案
(问 $1$)$120$ 分,(问 $2$)$73$ 分
解题步骤
显然分数从高到低依次为数学、自然、英语、语文,设其分数依次为 $a$、$b$、$c$、$d$。
则 $a+b+c+d=5(c+d)$
$=4(b+d)$
$=3(b+c)$,所以 $a+b+c+d$ 是 $3,4,5$ 的公倍数,也就是 $60$ 的倍数,设 $a+b+c+d=60x$。
则 $a+b=48x,b+c=20x$,所以 $a-c=28x$。 (①)
又因为 $a+c=45x$。 (②)
根据①和②,$a=36.5x$。因为 $a>0$,且不超过 $100$ 的整数,所以 $x=2$,$a=73$,$a+b+c+d=60x$
$=120$。
思路:将各倍数关系化为四数之和的公倍数,借助整数与上限约束求总分与数学分。

第11讲 基本行程

速度、时间、路程关系:掌握基本行程公式:路程=速度×时间,速度=路程÷时间,时间=路程÷速度,并能在多段路程中灵活运用。
平均速度:平均速度=总路程÷总时间,注意不是各段速度的简单平均,需分别求出各段路程与时间后再计算。
流水行船问题:顺水速度=船速+水速,逆水速度=船速-水速,由顺逆速度可求船速与水速。
火车过桥与过隧道:火车完全通过桥(隧道)所行路程=车长+桥长(隧道长),可借此求车速或车长。
队列行进问题:队伍通过某段距离所行路程=队伍长+该段长度,需考虑车(人)的间隔与各自长度。
扶梯(自动扶梯)问题:人相对扶梯走的级数与扶梯本身移动的级数之和(或差)等于扶梯静止时可见的总级数。
上下坡往返问题:上坡、下坡速度不同,往返时分段计算路程与时间,利用速度倍数关系求解。
1. 小明和小新在同一街道,小明家在学校东 $600$ 米处,小新家在学校西 $200$ 米处,那么小新家距离小明家________米。
路程的合成方向与距离
答案
$800$
解题步骤
$600+200=800$(米)。
思路:两家分别在学校的东、西两侧,距离为两段路程相加。
2. 汽车从 $A$ 站经过 $B$ 站后开往 $C$ 站,已知离开 $B$ 站 $9$ 分钟时,汽车离 $B$ 站 $15$ 千米,又行驶一刻钟,离开 $A$ 站 $25$ 千米,如果再行驶半小时,汽车离 $A$ 站________千米。
速度、时间、路程关系匀速行驶
答案
$45$
解题步骤
一刻钟汽车走的路程为 $25-15=10$(千米),那么半小时汽车走的路程应为 $10\times 2=20$(千米),此时距离 $A$ 站 $25+20=45$(千米)。
思路:先由一刻钟内的位移求出速度,再算半小时的位移并加上已知点到 $A$ 站的距离。
3. 从家到办公室 $59$ 千米,张经理需驾车 $1$ 小时。她的行程包括 $20$ 分钟在高速公路上,$40$ 分钟在市区道路上,若在市区道路上的时速为 $45$ 千米,问她在高速公路上的时速是________千米。
速度、时间、路程关系分段行程
答案
$87$
解题步骤
市区道路的路程为 $45\div 60\times 40=30$(千米),说明在高速公路上行驶的路程是 $59-30=29$(千米),时间是 $60\div 40=20$(分钟),那么时速为 $29\div 20\times 60=87$(千米/小时)。
思路:先算市区段路程,用总路程减去市区段得高速段路程,再除以高速段时间求时速。
4. 龟、兔赛跑,全程 $1800$ 米。乌龟每分钟爬 $15$ 米,兔子每分钟跑 $400$ 米,发令枪响后,兔子一会儿就把乌龟远远甩在后边,骄傲的兔子自以为跑得快,在途中美美地睡了一觉,结果乌龟到达终点时,兔子离终点还有 $200$ 米。兔子在途中睡了多少分钟?
速度、时间、路程关系龟兔赛跑
答案
$116$
解题步骤
乌龟爬完全程用时 $1800\div 15=120$(分)。兔子跑了 $(1800-200)\div 400=4$(分)。兔子睡了 $120-4=116$(分)。
思路:用乌龟到达终点的总时间减去兔子实际跑动的时间,即为兔子睡觉时间。
5. 一只电子猫在周长为 $240$ 米的环形跑道上跑了一圈。前一半时间每秒跑 $5$ 米,后一半时间每秒跑 $3$ 米,这只电子猫跑后 $120$ 米用了多少秒?
平均速度分段行程
答案
$36$
解题步骤
电子猫在跑道上的平均速度是 $(5+3)\div 2=4$(米/秒),所以的总时间是 $240\div 4=60$(秒)。前 $120$ 米肯定是以 $5$ 米/秒的速度去跑,用时 $120\div 5=24$(秒),$60-24=36$(秒)。
思路:先用前后半时间速度的平均求出总用时,再算前一半(每秒5米)用时,用总时间减去即得后120米用时。
6. 有一车队共 $15$ 辆车,每辆车长度相同,车与车之间的间隔为 $10$ 米,这个车队用 $15$ 秒的时间,以每秒 $16$ 米的速度通过一座 $25$ 米长的大桥,则每辆车长________米。
队列行进问题火车过桥
答案
$5$
解题步骤
$15\times 16=215$(米),$15$ 辆车有 $14$ 个间隔,$215-10\times(15-1)=75$(米),每辆车长 $75\div 15=5$(米)。
思路:车队通过大桥行驶的总路程=各车长+各间隔+桥长,由此反求每辆车长。
7. 一个车队以 $4$ 米/秒的速度缓慢通过一座长 $298$ 米的大桥,共用 $115$ 秒,已知每辆车长 $6$ 米,相邻两车间隔 $20$ 米,则这个车队一共有________辆车。
队列行进问题火车过桥
答案
$7$
解题步骤
车队总长为 $115\times 4-298=162$(米),每辆车长 $6$ 米,间隔 $20$ 米,所以共有 $(162+20)\div(6+20)=7$(辆)。
思路:由总用时与速度求车队通过的总路程,减去桥长得车队净长,再按车长加间隔为一组求车数。
8. 小巧站在铁路边,一列火车从她身边开过用了 $3$ 分钟,已知这列火车长 $360$ 米,以同样的速度通过一座大桥,用了 $6$ 分钟,这座大桥长________米。
火车过桥速度、时间、路程关系
答案
$360$
解题步骤
火车的速度是 $360\div 3=120$(米/分),大桥长 $120\times 6-360=360$(米)。
思路:由火车经过人的时间求出车速,再用过桥总路程减去车长得桥长。
9. 小红乘船以 $6$ 千米/时的速度从 $A$ 到 $B$,然后又乘船以 $12$ 千米/时的速度沿原路返回,那么小红乘船往返这个过程中,平均每小时行________千米。
平均速度往返问题
答案
$8$
解题步骤
设 $A$ 到 $B$ 的路程为 $12$ 千米,那么以往返用的总时间为 $12\div 6+12\div 12=3$(小时),以平均每小时行 $12\times 2\div 3=8$(米)。
思路:设一段路程为速度的公倍数,分别算往返时间,用总路程除以总时间求平均速度。
10. 汉江是长江的支流。汉江水的水速为每小时 $3$ 千米,长江水的水速为每小时 $4$ 千米。一条船沿汉江顺水航行两小时,行了 $56$ 千米到达长江,在长江里要逆水航行 $147$ 千米。这条船还要行________小时。
流水行船问题速度、时间、路程关系
答案
$7$
解题步骤
这条船在汉江的顺行速度为 $56\div 2=28$(千米/小时),静水中的船速为 $28-3=25$(千米/小时),那么在长江的逆行速度是 $25-4=21$(千米/小时),需要 $147\div 21=7$(小时)。
思路:由汉江顺水路程与时间求顺水速度,减汉江水速得船速,再减长江水速得逆水速度,最后求逆行时间。
11. 沿江有两个城市,相距 $600$ 千米。甲船往返两城市需要 $35$ 小时,其中顺水比逆水少用 $5$ 小时,乙船在静水中的速度是每小时 $15$ 千米,那么乙船往返两城市需要________小时。
流水行船问题往返问题
答案
$90$
解题步骤
甲:顺流时间为 $(35-5)\div 2=15$(小时)
逆流时间为 $(35+5)\div 2=20$(小时)
顺流速度为 $600\div 15=40$(千米/时)
逆流速度为 $600\div 20=30$(千米/时)
水速为 $(40-30)\div 2=5$(千米/时)
乙:顺流速度为 $15+5=20$(千米/时)
逆流速度为 $15-5=10$(千米/时)
时间 $=600\div 20+600\div 10$
$=90$(小时)
思路:由甲船往返总时间及顺逆时间差求出顺逆时间,进而求水速;再用乙船静水速度结合水速求出乙船往返时间。
12. 小红上山时每走 $30$ 分钟休息 $10$ 分钟,下山每走 $30$ 分钟休息 $5$ 分钟,已知小红下山的速度是上山速度的 $1.5$ 倍,如果上山用了 $3$ 小时 $50$ 分钟,那么下山用了________小时。
上下坡往返问题速度、时间、路程关系
答案
$2, 25$
解题步骤
上山用了 $60\times 3+50=230$(分),由于 $230\div(30+10)=5\cdots\cdots 30$,所以上山途中体息了 $5$ 次,因此走了 $230-10\times 5=180$(分),因为下山的速度是上山速度的 $1.5$ 倍,所以下山走了 $180\div 1.5=120$(分),由于 $120\div 30=4$,所以,下山途中休息了 $3$ 次,因此下山共用了 $120+5\times 3=135$(分)$=2.25$(小时)。
思路:先算上山纯走路时间(扣除途中休息),按速度倍数得下山纯走路时间,再加下山途中休息时间得下山总用时。
13. 两列火车长度分别为 $280$ 米、$200$ 米,速度分别为 $5$ 米/秒、$3$ 米/秒,如果甲在后面追乙,两车交会的时间为________秒;如果两车从两地分别出发,相向而行,交会的时间为________秒。
火车交会问题追及与相遇
答案
$240, 60$
解题步骤
如果甲在后面追乙,两车交会时间为 $(280+200)\div(5-3)=240$(秒),如果两车从两地分别出发,相向而行,交会的时间为 $(280+200)\div(5+3)=60$(秒)。
思路:两车交会需行驶的总路程为两车长之和;追及用速度差,相向用速度和分别求时间。
14. 李伯伯每天早晨锻炼身体,他第一天跑步 $800$ 米、散步 $200$ 米,共用了 $14$ 分钟;第二天跑步 $400$ 米、散步 $450$ 米,也用了 $14$ 分钟。如果李伯伯跑步的速度和散步的速度保持不变,那么李伯伯散步的速度是每分钟多少米?李伯伯散步 $400$ 米要用多少时间?
速度、时间、路程关系盈亏与消元
答案
$50, 5$
解题步骤
跑步 $800$ 米用时 $+$ 散步 $200$ 米用时 $=$ 跑步 $400$ 米用时 $+$ 散步 $450$ 米用时,可以得到跑步 $400$ 米用时 $=$ 散步 $250$ 米用时,那么第一天跑步 $800$ 米、散步 $200$ 米的用时等于散步 $800\div 400\times 250+200=700$(米)的用时,是 $14$ 分钟,所以李伯伯散步的速度是每分钟 $700\div 14=50$(米)。李伯伯跑步 $400$ 米用时和散步 $250$ 米用时相同,为 $250\div 50=5$(分钟)。
思路:将两天的路程时间对比,通过把跑步路程换算成散步路程消去未知,求出散步速度,再求散步400米所需时间。
15. 如下图所示,李明和王亮以不同的方式赛跑,最终获胜的是________。 李明:我以 $10$ 千米/小时的速度跑全程的一半,再以 $12.5$ 千米/小时的速度跑完全程的另一半。 王亮:我在前一半时间的速度 $10$ 千米/时,在后一半时间的速度是 $12.5$ 千米/时。
figure
图中两名跑步的小朋友李明(左)和王亮(右),各自带有一个对话气泡。李明的气泡:以10千米/小时的速度跑全程的一半,再以12.5千米/小时的速度跑完全程的另一半;王亮的气泡:前一半时间的速度10千米/时,后一半时间的速度12.5千米/时。
平均速度按路程平均与按时间平均的比较
答案
王亮
解题步骤
李明两个速度跑的路程一样,显然以 $10$ 千米/时的速度用的时间多,也就是以慢的速度跑的时间多,而王亮两种速度用的是一样的时间,显然王亮将获胜。
思路:李明按路程一半分配,慢速段花的时间更多;王亮按时间一半分配,比较总用时可知王亮平均速度更高而获胜。
16. 一列火车驶过 $250$ 米长的隧道用了 $18$ 秒,若将火车的速度提高一倍,则通过 $400$ 米的隧道只用了 $12$ 秒,则这列火车的全长是________米,火车原来的行驶速度为每秒________米。
火车过隧道盈亏与消元
答案
$200, 25$
解题步骤
$\begin{cases}\text{车长}+250=18v\\\text{车长}+400$
$=12\times 2v\end{cases}$,可解得 $v=(400-250)\div(12\times 2-18)$
$=25$(米/秒)。
那么车长是 $18\times 25-250=200$(米)。
思路:设原速为 $v$,列出两次过隧道的路程方程(车长+隧道长=速度×时间),消元求出原速,再代回求车长。
17. 哥哥沿着向上移动的自动扶梯从顶向下走到底,走过了 $80$ 级。在相同的时间内,妹妹沿着自动扶梯从底向上走到顶,共走了 $40$ 级。如果哥哥每单位时间内走的级数是妹妹的 $2$ 倍,那么当自动扶梯静止时,自动扶梯被看到的部分有________级。
扶梯(自动扶梯)问题相对运动
答案
$60$
解题步骤
由已知可知,哥哥和妹妹所用时间相同,设自动扶梯在这段时间内移动了 $x$ 级,那么可以得到如下式子:$80-x=40+x$。解得:$x=20$。所以自动扶梯静止时可以看到 $80-20=60$(级)。
思路:哥哥逆扶梯下行实际级数=可见级数+扶梯移动级数,妹妹顺扶梯上行实际级数=可见级数-扶梯移动级数,结合用时相同列方程求解。

第12讲 相遇问题

相遇问题基本公式:两人(物)相向而行,相遇时间=总路程÷速度和,总路程=速度和×相遇时间,速度和=总路程÷相遇时间。
速度和与速度差:相向运动用速度和,同向运动用速度差;已知相遇时间与路程可反求速度和,再结合速度比或速度差分解出各自速度。
多次相遇问题:两端同时出发的多次相遇,第一次相遇两人合走1个全程,以后每相遇一次合走2个全程,可用全程倍数关系求路程或相遇点位置。
环形(封闭路线)相遇:在环形或封闭路线上相向而行,每相遇一次两人合走的路程等于一圈(一个全程),相遇次数=合走总路程÷一圈长。
相遇问题中的比例与方程:利用两人速度比等于同时间所走路程比,或设未知数列方程,求解相遇时间、路程及相遇点位置。
复杂行程综合:结合中途停车、绕行、往返、出发时间差等情形,灵活运用相遇公式与画线段图分析行程过程。
1. 甲乙两人分别以每小时 $4.5$ 千米、$5.5$ 千米的速度从相距 $55$ 千米的两地同时向对方出发前进。当两人从面前相距 $13$ 千米到背对背相距 $13$ 千米,他们走了______小时。
相遇问题基本公式速度和
答案
$2.6$
解题步骤
$(13+13)\div(4.5+5.5)=2.6$(小时)。
思路:两人从相距 $55$ 千米的两地相向而行至背向相距 $13$ 千米,合走的路程为 $13+13=26$ 千米(即相遇后又各多走了一段),用合走路程除以速度和即得时间。
2. 摩托车和自行车从相距 $298$ 千米的甲、乙两地相向而行,摩托车每小时行 $52$ 千米,自行车每小时行 $18$ 千米。途中摩托车发生故障,修理了 $1$ 小时,然后继续前进,两车相遇时,摩托车行了______千米。
相遇问题基本公式中途停车
答案
$208$
解题步骤
从出发到相遇,自行车行了 $(298-1\times18)\div(52+18)+1=5$(小时),所以摩托车行了 $52\times(5-1)=208$(千米)。
思路:摩托车修理的 $1$ 小时里自行车仍在行进,先从总路程中扣除自行车多走或调整时间求出相遇总时长,再算出摩托车实际行驶时间与路程。
3. $A$、$B$ 两站相距 $560$ 千米,客车与货车同时从 $A$ 站出发驶向 $B$ 站。客车每小时行 $80$ 千米,货车每小时行 $40$ 千米。客车到达 $B$ 站停留一小时后,又以原速度返回 $A$ 站。两车相遇的地点离 $A$ 站多少千米?
相遇问题基本公式往返行程
答案
$400$
解题步骤
客车走到 $B$ 站需要 $560\div80=7$(小时),$7+1=8$(小时),客车从 $B$ 站返回时货车已经走了 $40\times8=320$(千米),两车相距 $560-320=240$(千米),再过 $240\div(80+40)=2$(小时)相遇,相遇地点距离 $A$ 站 $400$ 千米。
思路:先算客车到 $B$ 站并停留共用时间,求出此时货车位置及两车间距,此后两车相向而行,用速度和求出相遇时间,再换算成相遇点到 $A$ 站的距离。
4. 甲乙两人从相距 $60$ 千米的两地同时相向而行,$6$ 小时后相遇。如果两人的速度每小时各增加 $1$ 千米,那么相遇地点距离上一次相遇地点 $1$ 千米。甲每小时行______千米,乙每小时行______千米。
相遇问题基本公式速度和与速度差
答案
甲速度为 $4$,乙速度为 $6$;或甲速度为 $6$,乙速度为 $4$。
解题步骤
两人的速度和:$60\div6=10$(千米/小时),相遇时间为 $60\div12=5$(小时),设甲的速度为 $x$,那么乙可以列以下两种情况:
$(1)6x=5(x+1)+1$,解得 $x=6$,此时乙的速度为 $10-6=4$(千米/小时)。
$(2)6x=5(x+1)-1$,解得 $x=4$,此时乙的速度为 $10-4=6$(千米/小时)。
思路:由原相遇时间求出速度和,再由提速后相遇时间与相遇点偏移 $1$ 千米建立方程,分相遇点向甲方或乙方偏移两种情况求解甲、乙速度。
5. $A$、$B$ 两地相距 $2000$ 米,小明早起去 $B$ 地办事,同时他的宠物花花也从 $A$ 地出发,在 $AB$ 两地间不停的来回跑动。如果小明每分钟走 $50$ 米,花花每分钟跑 $200$ 米,那么在小明到 $B$ 地的过程中,花花和小明共遇到______次。(包括花花、小明迎面相遇以及花花背后追上小明两种情况)
相遇问题基本公式往返相遇与追及
答案
$3$
解题步骤
小明从 $A$ 地到 $B$ 地需要 $2000\div50=40$(分钟),在这期间,花花共行了 $40\times200=8000$(米),也就是说,它在 $A$、$B$ 两地间(“从 $A$ 到 $B$”或“从 $B$ 到 $A$”)共走了 $8000\div2000=4$(次),每次花花都会和小明遇见一次,但注意到花花和小明同时从 $A$ 地出发去 $B$ 地,所以这次小明到 $B$ 地恰好和小明相遇,花花和小明共遇到 $3$ 次。
思路:先求小明到 $B$ 地的总时间和花花跑的总路程,用总路程除以单程长得到花花往返次数,再结合两人同向出发、终点同时到达的特殊情形扣除不计的相遇,得到迎面与追上的相遇总次数。
6. 有一条圆形跑道长 $600$ 米,小明和小林在同一地点同时出发,沿跑道背向而行。小明每分钟行 $90$ 米,小林每分钟行 $60$ 米。经过 $20$ 分钟后,两人相遇了______次。
环形相遇速度和
答案
$5$
解题步骤
环形跑道上 $n$ 次相遇,两人所走路程和是 $n$ 个全程。$20$ 分钟后,两人共走了 $(90+60)\times20=3000$(米),是 $3000\div600=5$ 个全程,所以两人相遇了 $5$ 次。
思路:环形跑道上背向(相向)而行,每相遇一次两人合走一圈,用 $20$ 分钟内两人合走的总路程除以圈长即得相遇次数。
7. 甲、乙两人分别从 $A$、$B$ 两地同时出发,相向而行。如果两人都按照原定速度行进,$3$ 小时可以相遇。现在甲比原计划每小时多走了 $1$ 千米,乙比原计划每小时少走了 $0.5$ 千米。结果两人用了 $4$ 小时相遇。$A$、$B$ 两地相距______千米。
相遇问题基本公式比例与方程
答案
$18$
解题步骤
方法一:$s=v_和\times t$。由题意,第二次的速度和比第一次少了 $1+0.5=1.5$(千米/时),则可由 $A$、$B$ 两地距离不变为等量关系列出方程:$3v_和=4(v_和-1.5)$,解得 $v_和=6$,那么 $A$、$B$ 两地相距 $6\times3=18$(千米)。
方法二:第二次 $3$ 小时比第一次 $3$ 小时少走 $1.5\times3=4.5$(千米),而第二次比第一次多用 $1$ 个小时,可知第二次的速度和为 $4.5$ 千米/时,$A$、$B$ 两地之间的距离为 $4.5\times4=18$(千米)。
思路:两次相遇路程相同,由两次相遇时间和速度变化量建立等量关系,求出原速度和,再乘原相遇时间得两地距离。
8. 小张和小王早晨 $8$ 点整同时从甲地出发去乙地,小张开车,速度是每小时 $60$ 千米。小王步行,速度是每小时 $4$ 千米。如果小张到达乙地后停留 $1$ 小时立即沿原路返回,恰好在 $10$ 点整遇到正在前往乙地的小王。那么甲、乙两地之间的距离是______千米。
相遇问题基本公式往返行程
答案
$34$
解题步骤
相遇时,两人共走了 $2$ 个全程,小张走了 $1$ 个小时,小王走了 $2$ 个小时,$(60\times1+4\times2)\div2=34$(千米)。
思路:小张往返到与小王相遇时两人合走两个全程,结合各自行走时间求出小张所走的总路程。
9. 甲、乙两人同时从 $A$、$B$ 两地相向出发,甲的速度是乙的速度的 $1.5$ 倍。到达对方出发点后立即返回。如果第一次相遇地点和第二次相遇地点相距 $300$ 米,那么,$A$、$B$ 两地相距为______米。 A. $500$  B. $750$  C. $900$  D. $1200$
多次相遇问题速度比
答案
B
解题步骤
将 $A$、$B$ 间等分为 $5$ 份,甲走 $3$ 份乙走 $2$ 份,甲、乙相遇情况如下图所示:
(第一次相遇点距 $A$ 端 $3$ 份,第二次相遇点距 $A$ 端两人合走 $3$ 个全程,距 $A$ 端 $9$ 份,即距 $A$ 端 $9-2\times5=-1$ 即距 $B$ 端 $1$ 份处)
$A$、$B$ 两地相距为 $300\div2\times5=750$(米)。
思路:利用甲乙速度比 $3:2$ 将全程分份,画线段图定出第一次、第二次相遇点位置,求出两相遇点相隔的份数,再由两点实际距离 $300$ 米反求全程。
10. 甲、乙两车分别从 $A$、$B$ 两地同时出发,匀速相向而行,第一次相遇时离 $A$ 地 $150$ 千米,两车继续各自前行,分到到达 $B$、$A$ 两地后立即返回,不作停留,在离 $A$ 地 $70$ 千米处第二次相遇,$A$、$B$ 两地间的距离为______千米。
多次相遇问题全程倍数
答案
$260$
解题步骤
从开始到第二次相遇两人共走了 $3$ 个全程,第一次相遇甲走了 $150$ 千米,则第二次相遇甲走了 $150\times3=450$(千米),作图分析后不难发现,$A$、$B$ 两地间的距离为 $(150\times3+70)\div2=260$(千米)。
思路:两端出发,第一次相遇合走一个全程、第二次相遇合走三个全程,故第二次时甲走的路程是第一次的 $3$ 倍,结合第二次相遇点到 $A$ 的距离列式求全程。
11. 欢欢和乐乐在操场上的 $A$、$B$ 两点之间练习往返跑,欢欢的速度是每秒 $8$ 米,乐乐的速度是每秒 $5$ 米。两人同时从 $A$ 点出发,到达 $B$ 点后返回,已知他们第二次迎面相遇的地点距离 $AB$ 的中点 $5$ 米,$AB$ 之间的距离是______。
多次相遇问题速度比
答案
$130$
解题步骤
相同的时间内欢欢走 $8$ 份,乐乐走 $5$ 份。第一次迎面相遇时两人合走了 $2$ 个全程,第二次相遇时两人合走了 $4$ 个全程。设 $A$、$B$ 之间距离为 $13$ 份,则第一次相遇欢欢跑 $16$ 份、乐乐跑 $10$ 份,第二次相遇欢欢共跑 $8\times4=32$(份),乐乐跑 $20$ 份,即离 $A$、$B$ 中点 $20-13-6.5=0.5$(份),$0.5$ 份为 $5$ 米,$1$ 份为 $10$ 米,则全程为 $130$ 米。
思路:用速度比 $8:5$ 将全程分份,分别算出第一次、第二次迎面相遇时欢欢走过的份数,求出第二次相遇点偏离中点的份数,再由偏离 $5$ 米求出每份长度与全程。
12. 华华和英英分别从 $A$、$B$ 两地同时出发相向而行。当华华经过 $A$、$B$ 两地的中点 $C$ 地 $100$ 米后,两人第一次相遇;然后两人又继续前进,华华到达 $B$ 地后立即返回,又经过 $C$ 地 $300$ 米后他追上了英英,则 $AB$ 两地相距______米。
多次相遇问题比例与方程
答案
$600$
解题步骤
设 $AC$ 两地相距 $x$ 米,则 $AB$ 两地相距 $2x$ 米,则:
第一次相遇时华华走了 $(x+100)$ 米,英英走了 $(x-100)$ 米;
第二次相遇时华华走了 $(3x+300)$ 米,英英走了 $(x+300)$ 米。
$3(x-100)=x+300$,解得 $2x=600$。
思路:设半程为 $x$,由两次相遇时华华与英英所走路程之比相等(速度比不变)列比例方程,解出半程进而求全程。
13. 甲、乙两地相距 $3.6$ 千米,两条狗从甲、乙两地相向奔跑,它们每分钟分别跑 $450$ 米和 $350$ 米。它们相向跑 $1$ 分钟后,同时调头背向跑 $2$ 分钟,又调头相向跑 $3$ 分钟,再调头背向跑 $4$ 分钟……这样直到相遇为止,从出发到相遇需要______分钟。
相遇问题基本公式速度和规律分析
答案
$44.5$
解题步骤
$3.6$ 千米 $=3600$ 米,$3600\div(450+350)=4.5$(分钟),$1-2+3-4+5-6+7-8+9-\cdots=5$(分钟),说明在相向跑到 $9$ 分钟的过程中遇上了,$1-2+3-4+5-6+7-8+8.5=4.5$(分钟),所以从发到相遇所需总时间是 $1+2+3+4+5+6+7+8+8.5=44.5$(分钟)。
思路:先求两狗合走完全程所需净时间 $4.5$ 分钟,再用带符号的累加分析每段相向、背向跑后两狗合走的净路程,找出恰好走满全程的时刻,累加各段时间得总用时。
14. 忠犬小八每天都从家中跑到车站去迎接它的主人,并准时于下午 $5$ 时到达车站见到它的主人后立即跑回家,它的主人搭乘的电车通常也都于下午五时准时抵达。但是有一天,它的主人提早下班,于下午四时就抵达车站,他直接由车站步行回家。在半途中他见到正从家中朝车站方向跑的小八,两者相遇后,小八立即以与平常相同的速度跑回家。小八到家时比平常到家时间提早 $10$ 分钟。请问小八跑步的速度是它主人步行速度的几倍?
相遇问题基本公式往返行程比例
答案
$11$
解题步骤
令相遇地点为 $A$ 点。因小八到家时比平常到家时间提早 $10$ 分钟,可知主人走的距离让小八走仅需 $5$ 分钟,即小八于 $4$ 时 $55$ 分到达 $A$ 点,此时主人走了 $55$ 分钟。同样的距离主人所花时间是小八的 $55\div5=11$(倍),故小八的速度为主人步行速度的 $11$ 倍。
思路:汽车提早回家的时间等于汽车少走的往返路段所用时间,由此求出主人步行与汽车(小八)行驶相同路段的时间比,从而得到速度倍数。
15. 一只蜗牛和一只蚯蚓从圆上一点 $A$ 同时出发,绕圆周相背而行。蜗牛爬第一圈需要 $6$ 分钟,以后每爬一圈所需要的时间都比前一圈多 $1$ 分钟;蚯蚓爬第一圈需要 $5$ 分钟,以后每爬一圈所需要的时间都比前一圈多 $4$ 分钟。在它们出发以后______分钟,它们又在 $A$ 点相遇。
环形相遇数列与规律
答案
$90$
解题步骤
蜗牛到达 $A$ 点的时间为:$6$,$13$,$21$,$30$,$40$,$51$,$63$,$76$,$90$,$105$,$\cdots$,而蚯蚓到达 $A$ 点的时间为 $5$,$14$,$27$,$44$,$65$,$90$,$119$,$\cdots$,即第 $90$ 分钟,它们在 $A$ 点相遇。
思路:分别列出蜗牛和蚂蚁每次回到出发点 $A$ 的累计时间数列(每圈时间逐圈递增),找出两数列首次出现的公共时间即为它们在 $A$ 点重逢的时刻。
16. 甲、乙二人分别从山顶和山脚同时出发,沿同一山道行进。两人的上山速度都是 $20$ 米/分,下山的速度都是 $30$ 米/分。甲到达山脚立即返回,乙到达山顶休息 $30$ 分钟后返回,两人在距山顶 $480$ 米处再次相遇。山道长______米。
相遇问题基本公式上下山行程
答案
$2100$
解题步骤
甲、乙两人相遇后如果甲继续行走 $480\div20=24$(分钟)后可以返回山顶,如果乙不休息,那么乙也应该 $24$ 分钟后到达山脚,所以这个时候乙还需要 $30+24=54$(分钟)到达山脚,也就是距离山脚还有 $54\times30=1620$(米),所以山顶到山脚的距离为 $480+1620=2100$(米)。
思路:利用乙在山顶休息 $30$ 分钟造成的时间差,结合两人相同的上下山速度,分析两次相遇都发生在距山顶 $480$ 米处的条件,列式求出山道总长。
17. 一天小张从甲镇出发去乙镇。同时,小王从乙镇出发去甲镇,两人出发后 $12$ 分钟在丙村相遇。第二天,小张和小王又同时从乙、甲两镇出发,按原速返回甲、乙两镇。两人相遇后 $6$ 分钟,小张到达丙村,那么再过______分钟,小王到达乙镇。
figure
三条平行线段图。最上方一条标'甲'(左)、'丙'(中)、'乙'(右),甲到丙之间标注'小张12分钟'。中间一条标 $A$(左)、$E$(中)、$B$(右),$E$ 处两个相向箭头表示第一次相遇点(即丙村)。最下方一条标 $D$(左)、$F$(中)、$C$(右),$E$ 到 $F$ 段标'小张6分钟',$F$ 到右侧段标'小张12分钟',$F$ 处两个相向箭头表示第二次相遇点。虚线连接丙、$E$、$F$。
相遇问题基本公式比例与线段图
答案
$2$
解题步骤
如上图所示,第一次相遇过程小张从 $A$ 到 $E$ 用时 $12$ 分钟,第二次从 $C$ 到 $F$ 也是 $12$ 分钟,从 $F$ 到 $E$ 过了 $6$ 分钟,于是可以知道小张走完全程需要 $6+12+12=30$(分钟),而且 $EB$ 是 $AE$ 的 $1.5$ 倍,可知小王的速度是小张的 $1.5$ 倍,那么小王走完全程应该是 $30\div1.5=20$(分钟),小张到达丙村时候已经走了 $18$ 分钟,小王再过 $20-18=2$(分钟)就会到达乙镇。
思路:用第一次相遇与返回再相遇两段过程建立小张、小王速度比,结合线段图算出两人走完各段所需时间,求出小张到乙后小王还需的时间。
18. 早上 $8$ 点,小明和小强从甲、乙两地同时出发,以不变的速度相向而行。$9$ 点 $20$ 分时两人相距 $10$ 千米,$10$ 点时,两人相距还是 $10$ 千米。$11$ 点时小明到达乙地,这时小强距甲地______千米。
相遇问题基本公式速度和
答案
$10$
解题步骤
依题意可知,两人 $40$ 分钟共走了 $20$ 千米,所以两人速度和为 $20\div40\times60=30$(千米/小时),甲、乙两地距离为 $30\times(10-8)-10=50$(千米),到 $11$ 点时两人共走了 $30\times(11-8)=90$(千米),则小强距甲地 $50\times2-90=10$(千米)。
思路:由两个时刻间两人相距变化求出速度和,进而求出两地距离及各自速度,再算出 $11$ 点时小强离甲地的距离。
19. 公园的路由两个边长为 $120$ 米的正三角形组合而成,欢欢、迎迎两人常在这里做游戏(见下图)。欢欢以 $3$ 米/秒的速度绕 $A\to C\to B\to A$ 行走,迎迎以 $5$ 米/秒的速度绕 $A\to B\to D\to A$ 行走。现在两人同时出发,多少秒后两人首次相遇?
figure
由两个边长 $120$ 米的正三角形上下拼成的菱形 $ACBD$:上三角形 $ACB$ 顶点 $C$ 在上,内有箭头标注'欢欢 3米/秒'沿 $A\to C\to B\to A$ 方向行走;下三角形 $ABD$ 顶点 $D$ 在下,内有箭头标注'迎迎 5米/秒'沿 $A\to B\to D\to A$ 方向行走。$A$ 在左、$B$ 在右、$C$ 在上、$D$ 在下。
环形相遇封闭路线行程
答案
$90$
解题步骤
欢欢走得慢,迎迎走得快,欢欢走完三角形的一边用时:$120\div3=40$(秒)。迎迎走完三角形的一边用时:$120\div5=24$(秒)。两人首次相遇,一定是在 $AB$ 这条边上。
两人同时从 $A$ 点出发,$80$ 秒后,欢欢刚好走完三角形的两边到达 $B$ 点,而迎迎走一圈只要 $24\times3=72$(秒),因此,$80$ 秒时迎迎走完了一圈并且第二次从 $A$ 点出发又朝 $B$ 走了 $80-72=8$(秒),这 $8$ 秒内他走了 $8\times5=40$(米)。因此,$80$ 秒后,两人都在 $AB$ 这条路上,相距 $120-40=80$(米),做相遇运动。
此时两人还需 $80\div(5+3)=10$(秒)相遇,所以 $80+10=90$(秒)后两人首次相遇。
思路:分析两人沿菱形各边运动到公共边 $AB$ 上的时刻,找出两人同处 $AB$ 段且相向运动的时刻与间距,再用速度和求出相遇时间并累加。

第13讲 追及问题

追及问题基本公式:同向运动时,追及距离(路程差)等于速度差乘以追及时间,即 $\text{追及时间}=\dfrac{\text{路程差}}{\text{速度差}}$。
速度差与路程差:在追及问题中,快者每单位时间比慢者多走的距离即速度差,累计到等于初始路程差时即追上。
环形追及:在环形跑道上同向出发,每追上一次(或相遇一次)多跑一圈,追及路程为整数个全程。
火车过车(错车)问题:两车同向行驶时,快车完全超过慢车所走的路程等于两车车身长之和,超车时间等于该路程除以速度差。
行程问题中的相对运动:通过比较两运动物体的速度与初始间距,将追及、相遇、超车等情形统一为路程、速度、时间三量关系。
追及问题的几何与最值应用:结合图形(如矩形池塘)分析不同路线的路程,比较陆地与水中速度,确定能否追上及临界位置。
1. 有 $80$ 米环形走廊,弟弟在环形走廊上行走,速度为 $1$ 米/秒,哥哥奔跑速度为 $5$ 米/秒,现在哥哥和弟弟在环形走廊上的同一点。同时向同一方向出发,哥哥第二次追上弟弟的时候,用了________秒。
环形追及追及问题基本公式速度差与路程差
答案
40
解题步骤
第二次追上时,两人的路程差是 $2$ 个全程,即 $160$ 米,所以追及时间是 $160\div(5-1)=40$(秒)。
思路:环形同向出发,第二次追上时哥哥比弟弟多跑 $2$ 圈,用路程差除以速度差求时间。
2. 甲、乙两车从 $A$ 地开往 $B$ 地分别需要用 $10$ 小时和 $15$ 小时,若乙车先出发 $3$ 小时,则甲车出发________小时后能追上乙车。
追及问题基本公式速度差与路程差行程问题中的相对运动
答案
6
解题步骤
设数也,假设 $A$、$B$ 两地之间的距离是 $30$ 千米,那么甲的速度是 $30\div10=3$(千米/小时),乙的速度是 $30\div15=2$(千米/小时)。甲车提前出发,甲车出发后乙车两者的距离是 $3\times2=6$(千米),追及时间为 $6\div(3-2)=6$(小时)。
思路:用赋值法设全程,求出两车速度;乙先行 $3$ 小时形成路程差,再用路程差除以速度差求追及时间。
3. 有两列同方向行驶的火车,快车每秒行 $31$ 米,慢车每秒行 $22$ 米,如果从两车头对齐开始算,$23$ 秒后快车超过慢车;如果从两车尾对齐开始算,$26$ 秒后快车超过慢车。快车长________米,慢车长________米。
火车过车(错车)问题追及问题基本公式速度差与路程差
答案
$207$;$234$
解题步骤
从车头对齐开始算,快车超过慢车的时间刚好比慢车多一个慢车车身长,$(31-22)\times23=207$(米),从两车尾对齐开始算,那么快车超过慢车的时间刚好比慢车多一个快车的车身长,$(31-22)\times26=234$(米)。
思路:车头对齐到超过多走的距离为慢车车身长,车尾对齐到超过多走的距离为快车车身长,分别用速度差乘以时间得到两车长。
4. 狗追狐狸一次能逃出 $15$ 分米,狐狸跳一次能逃出 $10$ 分米。狗每跳 $4$ 次的时间狐狸恰好跳 $2$ 次。如果开始时狗离狐狸有 $300$ 分米,那么狗跑________分米才能追上狐狸。
追及问题基本公式速度差与路程差行程问题中的相对运动
答案
450
解题步骤
设狗、狐狸跳 $2$ 次的时间为单位时间,那么单位时间内狗可以跳 $15\times4=60$(分米),狐狸可以跳 $10\times2=20$(分米)。狗追上狐狸需花的时间,$300\div(60-20)=7.5$ 单位时间,$7.5\times60=450$(分米)。
思路:统一时间单位,求出狗与狐狸在单位时间内各跳的距离,得到速度差,再用初始距离除以速度差求追及时间,进而求狗跑的路程。
5. 在一条笔直的高速公路上,前面一辆汽车以 $90$ 千米/小时的速度行驶,后面一辆汽车以 $108$ 千米/小时的速度行驶。后面的汽车制动突然失控,向前冲去(车速不变)。在它鸣笛示警后 $5$ 秒钟撞上了前面的汽车,在这辆车鸣笛时两车相距________米。
追及问题基本公式速度差与路程差行程问题中的相对运动
答案
25
解题步骤
$90\times1000\div3600=25$(米/秒),$108\times1000\div3600=30$(米/秒),$(30-25)\times5=25$(米)。
思路:把两车速度换算成米/秒求速度差,再乘以鸣笛到追上的 $5$ 秒,即为鸣笛时两车的间距。
6. 甲每小时行 $4$ 千米,乙每小时行 $3$ 千米,两人从同一地点出发,甲动身时,乙已经走出了 $9$ 千米。甲追乙 $3$ 小时后,改以每小时 $5$ 千米的速度追之,再经________小时甲能追上乙。
追及问题基本公式速度差与路程差行程问题中的相对运动
答案
3
解题步骤
甲每小时行 $4$ 千米,乙每小时行 $3$ 千米,则甲每小时比乙多行走 $1$ 千米,甲追乙 $3$ 小时后,则甲追近 $3$ 千米,甲现在距乙 $9-3=6$(千米)。甲现在每小时行 $5$ 千米,每小时比乙多走 $5-3=2$(千米),则甲 $6\div2=3$(小时)即可追上乙。
思路:先算甲追乙 $3$ 小时后剩下的路程差,再用变速后的速度差除以该路程差求剩余追及时间。
7. 甲、乙两人从同一起跑点同向出发,若甲让乙先跑 $2$ 秒钟,则甲跑 $5$ 秒钟可追上乙;若甲后退 $12$ 米,则甲跑 $6$ 秒钟也能追上乙。甲的速度是________米/秒,乙的速度是________米/秒。
追及问题基本公式速度差与路程差行程问题中的相对运动
答案
甲 $7$;乙 $5$
解题步骤
第二次比第一次多追上甲,甲和乙的速度差为 $12\div6=2$(米/秒),第一次甲花 $5$ 秒钟追乙,说明甲和乙的距离是 $2\times5=10$(米),乙先跑 $2$ 秒跑了 $10$ 米,乙的速度是 $10\div2=5$(米/秒),那么甲的速度是 $5+2=7$(米/秒)。
思路:由两种情形的差求出速度差,再由乙先跑 $2$ 秒形成的距离求出乙的速度,进而得到甲的速度。
8. $AB$ 两地相距 $15$ 千米,一辆汽车每小时 $50$ 千米的速度从 $A$ 地出发,另一辆车以每小时 $40$ 千米的速度从 $B$ 地出发,两车同时出发同向行驶,经过________小时两车相距 $30$ 千米。
追及问题基本公式速度差与路程差行程问题中的相对运动
答案
1.5 或 4.5
解题步骤
有两种情况,两辆车方向是从 $A$ 到 $B$ 或从 $B$ 到 $A$ 的,时速是 $50$ 千米的车要追上另一辆超过 $30$ 千米,需要 $(15+30)\div(50-40)=4.5$(小时);后一种情况只要两车拉开 $15$ 千米距离就可以了,需要 $(30-15)\div(50-40)=1.5$(小时)。
思路:分两种行驶方向讨论:一种需追上后再超出 $30$ 千米,一种只需拉开到 $30$ 千米,分别用路程差除以速度差求时间。
9. 小明和小刚清晨来到学校操场练习跑步,学校操场是 $400$ 米的环形跑道,小刚对小明说:“咱们比比看谁跑的快”,于是两人同时同向起跑,结果 $10$ 分钟后小明第一次从背后追上小刚,同学们一定知道谁跑得快了,小明的速度是每分钟跑 $140$ 米,那么当小明第 $3$ 次从背后追上小刚时,小刚一共跑了________米。
环形追及追及问题基本公式速度差与路程差
答案
3000
解题步骤
速度差为 $400\div10=40$(米/分),所以小刚的速度为 $140-40=100$(米/分),第三次追上小刚时,小刚一共跑了 $10\times3=30$(分钟),共跑了 $100\times30=3000$(米)。
思路:由第一次追上多跑一圈求速度差,得小明速度;第 $3$ 次追上需 $30$ 分钟,乘以小明速度得其总路程。
10. 有两列火车,甲车长 $200$ 米,每秒行 $13$ 米,乙车长 $150$ 米,每秒行 $8$ 米,现在两车在两条互相平行的轨道上同向而行,甲在后,乙在前。路当中有一条隧道,其长度和甲车长度相同。当乙车车尾刚离开隧道时,甲车车头刚进入隧道。则________秒后,两车车头平行。
火车过车(错车)问题追及问题基本公式速度差与路程差
答案
70
解题步骤
火车与火车的追及问题,速度差是每秒 $13-8=5$(米)。关键要找出追及路程。最后要求甲、乙两车车头平行,找到甲车的车头 $A$ 点和乙车的车头 $B$ 点,两点在初始时刻的距离是隧道长和乙车车长之和,是 $200+150=350$(米),即所求追及路程。那么追及时间就是 $350\div5=70$(秒)。
思路:两车头初始间距等于两车长之和,作为追及路程,用速度差去除得到车头平齐所需时间。
11. 早晨,小张骑车从甲地出发去乙地。下午 $1$ 点,小王开车也从甲地出发,前往乙地。下午 $2$ 点时两人之间的距离是 $15$ 千米。下午 $3$ 点时,两人之间的距离还是 $15$ 千米。下午 $4$ 点时小王到达乙地,晚上 $7$ 点小张到达乙地。小张是早晨________点出发的。
追及问题基本公式速度差与路程差行程问题中的相对运动
答案
10
解题步骤
由题意分别推断出,$14$ 点时小王落后小张 $15$ 千米,$15$ 点时小王领先小张 $15$ 千米,$1$ 小时内小王比小张多开了 $30$ 千米,即两人的速度差为 $30$ 千米/小时,$16$ 点时,小王到达乙地,此时小张落后小王 $15+30=45$(千米),也就是最距离乙地 $45$ 千米,由于小张 $19$ 点到达乙地,每开 $7-4=3$ 小时小张才走完这 $45$ 千米,可得小张的速度为 $45\div3=15$(千米/小时),则小王走完全程需要 $135\div15=9$(小时),小张出发时间即为 $19-9=10$(点)。
思路:由两个时刻的领先与落后求出速度差,进而求小张速度与小王全程时间,倒推小张出发时间。
12. 亮亮骑着自行车,以每分钟 $400$ 米的速度,从 $46$ 路汽车的始发站出发,沿 $46$ 路汽车的线路前进,当他骑出 $1400$ 米时,一辆 $46$ 路车从始发站出发,已知 $46$ 路汽车每分钟行 $600$ 米,每 $4$ 分钟到站一站并停车 $1$ 分钟,那么汽车在________分钟后能追上亮亮。
追及问题基本公式速度差与路程差行程问题中的相对运动
答案
13
解题步骤
以 $5$ 分钟为 $1$ 个周期,在这段时间内同向,亮亮做了 $400\times5=2000$(米),$46$ 路车行驶了 $600\times4=2400$(米),两者的距离减少了 $400$ 米。那么两个周期后,两者的距离是 $1400-400\times2=600$(米),$600\div(600-400)=3$(分钟),所以,在第三个周期内,汽车追上了亮亮,共用时 $5\times2+3=13$(分钟)。
思路:以汽车行驶 $4$ 分钟停 $1$ 分钟为周期,算出每周期缩短的距离,逐周期减小路程差,最后一周期内用速度差求追上时间。
13. 乌龟和兔子赛跑,比赛场地为一个长方形池塘,如下图所示,$AB=600$ 米,$BC=1000$ 米,乌龟可以游泳且无论水陆都可选任意方向,兔子则只能顺时针绕着池塘跑;已知兔子速度比乌龟游泳速度的 $5$ 倍,乌龟的游泳速度比陆地速度快。若起点为 $AB$ 的中点 $E$,那么请问终点设置在什么地方,乌龟能取得比赛的胜利?请证明你的结论。
figure
一个长方形池塘 $ABCD$,左边竖边为 $AB$($A$ 在左下、$B$ 在左上),上边为 $BC$($C$ 在右上),右边为 $CD$($D$ 在右下)。点 $E$ 是左边 $AB$ 的中点,旁边有一个向上的箭头表示兔子顺时针绕行的方向。
追及问题的几何与最值应用行程问题中的相对运动速度差与路程差
答案
终点设在 $AE$ 上或 $AD$ 上距 $A$ 小于 $400$ 米的位置上即可(包括 $A$ 点,不包括 $E$ 点)
解题步骤
显然乌龟最好的办法是选择在水中沿直线段游泳。
池塘的周长为 $(600+1000)\times2=3200$(米),$AE=600\div2$
$=300$(米)。
如果终点在 $A$ 点,则兔子需要跑 $3200-300=2900$(米),乌龟需要游 $300$ 米,由于 $2900>300\times5$,所以乌龟取胜,同理如果终点在 $AE$ 之间任意一点乌龟都获胜。
如果终点在 $AD$ 上距 $A$ 是 $x$ 米处,则兔子要游 $2900-x$ 米之间的距离,乌龟要游的距离等于以 $300$ 和 $x$ 为两条直角边的三角形的斜边,由勾股定理可知,$x=400$ 时,前者恰好是后者的 $5$ 倍。因此,要想使乌龟获胜,$x<400$。
综上所述,终点设在 $AE$ 上或 $AD$ 上距 $A$ 小于 $400$ 米的位置上即可(包括 $A$ 点,不包括 $E$ 点)。
思路:乌龟走水中直线最短,比较乌龟直线距离与兔子绕岸路程,利用速度倍数关系(兔子是乌龟的 $5$ 倍)确定能取胜的终点位置范围。

第14讲 基本方法求面积

长方形与正方形面积:长方形面积=长×宽,正方形面积=边长×边长,是求面积的基础公式。
三角形面积:三角形面积=底×高÷2,需正确识别底与对应的高。
梯形面积:梯形面积=(上底+下底)×高÷2,常结合三角形面积转化使用。
正方形对角线与面积:已知对角线时,正方形面积=对角线×对角线÷2。
组合与空心图形面积:把复杂图形拆分为基本图形相加,或用大图形减去空白部分求阴影面积。
面积的和差与等积变换:利用公共部分相消、差不变等关系,把所求面积转化为易求的图形面积差。
1. 若将一个边长为 6 厘米的正方形盖在一个三角形上,使两个图形重叠部分的面积占三角形面积的一半,占正方形面积的三分之二,那么这个三角形的面积是________平方厘米.
正方形面积三角形面积重叠面积关系
答案
48
解题步骤
重叠部分的面积为 $6\times 6\times\frac{2}{3}=24$(平方厘米),所以三角形的面积为 $24\times 2=48$(平方厘米)。
思路:先由重叠部分占正方形面积的三分之二求出重叠面积,再因其为三角形面积的一半得三角形面积。
2. 正方形一条对角线长 13 厘米,这个正方形的面积是________平方厘米.
正方形面积对角线与面积关系
答案
84.5
解题步骤
正方形的面积$=$对角线$\times$对角线$\div 2$,此正方形的面积为 $13\times 13\div 2=84.5$(平方厘米)。
思路:利用正方形面积等于对角线乘积的一半直接计算。
3. 一块由一个三角形和一个平行四边形组成的玉米地,其形状如下图所示(单位:米).它的面积是________平方米.
figure
一个三角形与一个梯形(平行四边形状)拼成的玉米地。左侧三角形一条斜边标 6,三角形与右侧四边形之间有一条虚线高标 7,右侧四边形底边标 9、右侧斜边标 8,并标有两处直角符号。
三角形面积平行四边形面积组合图形面积
答案
87
解题步骤
面积是 $6\times 8\div 2+7\times 9=87$(平方米)。
思路:将组合图形拆成三角形与平行四边形分别求面积再相加。
4. 在下图中,四边形 $ABCD$、$DEFG$ 均为正方形,$C$、$D$、$E$ 三点在同一条直线上,已知 $CE=14$ 厘米,$AG=2$ 厘米,那么这两个正方形的面积之和是________平方厘米.
figure
两个底边在同一水平线上的正方形:左边较大正方形 $ABCD$($B$ 左上、$A$ 右上、$C$ 左下、$D$ 右下),右边较小正方形 $DEFG$($G$ 左上、$F$ 右上、$D$ 左下、$E$ 右下),两正方形相邻,$C、D、E$ 共线。
正方形面积和差关系组合图形
答案
100
解题步骤
由题意,两个正方形的边长和是 14 厘米,差是 2 厘米,所以大正方形边长为 8 厘米,小正方形边长为 6 厘米,则以面积和是 $8\times 8+6\times 6=100$(平方厘米)。
思路:由两正方形边长的和与差求出两边长,再分别平方求和。
5. 在下图中,$BC=10$ 厘米,$EC=6$ 厘米,直角三角形 $EDF$ 的面积比直角三角形 $FAB$ 的面积小 5 平方厘米.那么,长方形 $ABCD$ 的面积是________平方厘米.
figure
长方形 $ABCD$($D$ 左上、$A$ 右上、$C$ 左下、$B$ 右下),$F$ 在上边 $DA$ 上,从 $E$(位于左上方)经 $F$ 到 $B$(右下角)画一条斜线,形成直角三角形 $EDF$ 与直角三角形 $FAB$。
长方形面积三角形面积差等积变换
答案
35
解题步骤
长方形 $ABCD$ 与三角形 $BCE$ 的面积差就是三角形 $ABF$ 与三角形 $DEF$ 的面积差。所以长方形 $ABCD$ 的面积是 $10\times 6\div 2+5=35$(平方厘米)。
思路:利用三角形面积差与长方形、三角形 $BCE$ 之间的等量关系建立等式求解。
6. 正方形 $ABCD$ 与长方形 $BEFG$ 如下图放置,$AG=CE=2$ 厘米,那么正方形 $ABCD$ 的面积比长方形 $BEFG$ 的面积大________平方厘米.
figure
正方形 $ABCD$($A$ 左上、$D$ 右上、$B$ 左下、$C$ 右下)与长方形 $BEFG$ 部分重叠放置,$G$ 在 $ABCD$ 左边上、$H$ 为内部交点、$F$ 在右上、$E$ 在右下,$AG$ 与 $CE$ 各标长 2 厘米。
正方形面积长方形面积面积差转化
答案
4
解题步骤
正方形 $ABCD$ 与长方形 $BEFG$ 的面积差就是长方形 $AGHD$ 与长方形 $CEFH$ 的面积差。长方形 $CEFH$ 的面积$=CH\times 2$,长方形 $AGHD$ 的面积$=AD\times 2$,则长方形 $AGHD$ 与长方形 $CEFH$ 的面积差就是一个边长为 2 的正方形的面积,所以正方形 $ABCD$ 的面积比长方形 $BEFG$ 的面积大 4 平方厘米。
思路:将两图形面积差转化为两个长方形面积差,进而化为一个边长为 2 的正方形面积。
7. 下图中甲的面积比乙的面积大________平方厘米.
figure
两个直角三角形底边重合(同一底边长 8 厘米),左端直角三角形乙的竖直直角边为 4 厘米,右端直角三角形甲的竖直直角边为 6 厘米,两条斜边交叉,把图形分成甲、乙等部分。
三角形面积利用差不变共用部分抵消
答案
8
解题步骤
利用差不变,$S_{甲}-S_{乙}=8\times 6\div 2-8\times 4\div 2$
$=8$(平方厘米)。
思路:两块均加上中间公共部分后变为两个大三角形,用其面积差即为甲乙面积差。
8. 如下图所示,将 2006 个边长为 8 厘米的正方形纸片,每 4 厘米错开排列起来,那么这 2006 张纸片覆盖的面积是________平方厘米.
figure
若干个边长 8 厘米的正方形纸片沿斜向依次错开排列,每相邻两张错开 4 厘米,前后相互叠压,中间用省略号表示省略,末端再画出最后两张。
正方形面积重叠覆盖面积等差累加
答案
96304
解题步骤
由图可知最上面一个正方形为完整图形外,其余的 2005 个正方形均叠着一小部分面积,且被重叠的面积为 $4\times 4=16$(平方米),则每增加一个正方形纸片,增加的面积为 $8\times 8-16=48$(平方厘米)。因此,2006 个纸片的总面积为 $64+48\times 2005=96304$(平方厘米)。
思路:首张计完整面积,其后每张只新增未被遮盖的部分,按等差累加求总覆盖面积。
9. $E$ 是正方形 $ABCD$ 的边 $CD$ 上的三等分点(见下图),$BE$ 把正方形分成一个梯形和一个三角形.梯形的周长比三角形的周长大 8 厘米.正方形 $ABCD$ 的面积是________平方厘米.
figure
正方形 $ABCD$($A$ 左上、$D$ 右上、$B$ 左下、$C$ 右下),$E$ 为右边 $DC$ 上靠近 $C$ 的三等分点,连接 $BE$,把正方形分成梯形 $ABED$ 与三角形 $BCE$。
正方形面积梯形与三角形周长三等分点
答案
36
解题步骤
设 $CE=a$ 厘米,那么正方形边长等于 $3a$ 厘米,$8=C_{梯形ABED}-C_{三角形BCE}$
$=AB+BE+ED+DA-BE-CE-BC$
$=3a+3a+2a-a-a-3a$
$=4a$,所以 $a=2$,所以正方形边长为 6 厘米,面积为 36 平方厘米。
思路:设三等分段长为未知数,用周长差列方程求出边长,再求面积。
10. 下图是回字形的长方形草地(单位:厘米),阴影部分的面积为________平方厘米.
figure
一个回字形:外面是宽 30、高 18 的大长方形(阴影),中间挖去一个空白小长方形,空白小长方形上下各距外框 5、左右各距外框 8。
长方形面积空心图形面积作差求阴影
答案
428
解题步骤
$S_{阴影}=18\times 30-(30-8\times 2)\times(18-5\times 2)$
$=428$(平方厘米)。
思路:用大长方形面积减去中间空白长方形面积得阴影面积。
11. 下图(单位:厘米)中大正方形中阴影部分的面积是________平方厘米.
figure
一个边长为 4 的大正方形(上边标 4、右边标 4),其内左下方有一个边长 3 的小正方形(左边标 3、下边标 3),左上角标 1、下边右段标 1,剩余区域被两条线段划出两块灰色阴影三角形(含一处直角符号)。
正方形面积三角形面积组合图形阴影
答案
3
解题步骤
$S_{阴影}=4\times 4-1\times 4\div 2\times 2-3\times 3$
$=3$(平方厘米)。
思路:用大正方形面积减去若干三角形与小正方形面积,得阴影面积。
12. 如下图所示,四边形 $ABCD$ 是梯形,上底 8 厘米,下底 16 厘米,点 $E$ 是 $BC$ 边上任意一点,如果 $\triangle AED$ 的面积是 30 平方厘米,那么梯形 $ABCD$ 的面积是________平方厘米.
figure
梯形 $ABCD$($A$ 左上、$D$ 右上为上底,$B$ 左下、$C$ 右下为下底),$E$ 在下底 $BC$ 上,连接 $AE$、$DE$,把梯形分成三个三角形。
梯形面积三角形面积等高关系
答案
90
解题步骤
方法一:三角形 $ADE$ 的高为 $30\times 2\div 8=7.5$(厘米),那么梯形面积为 $(8+16)\times 7.5\div 2=90$(平方厘米)。
方法二:由于 $BC=2AD$,$\triangle AEB$ 与 $\triangle ECD$ 的面积和是 $\triangle AED$ 面积的 2 倍,所以梯形面积是 $30\times(1+2)=90$(平方厘米)。
思路:由 $\triangle AED$ 面积反求梯形高再用梯形面积公式;或利用上下底倍数关系直接得梯形是 $\triangle AED$ 的 3 倍。
13. 如下图所示,将图 1 中的等腰直角三角形的两端如图 2 那样折起,再对折后可得到图 3 那样的图形.请问:图 3 中的阴影部分的面积是多少平方厘米?
figure
图1为底边 10 厘米的等腰直角三角形;图2将该三角形左右两端各 5 厘米沿虚线向上折起,中间形成一个正方形与两个折起的小三角形;图3为对折后得到的房子形图案,其右半部分为灰色阴影。
等腰直角三角形面积折叠与对折阴影面积
答案
9.375
解题步骤
等腰直角三角形底边上的高是底边的一半,原三角形面积为 $10\times 5\div 2=25$ 平方厘米;或者所求的阴影部分的面积为原三角形上下两个等腰直角三角形的差的一半,则阴影部分面积为 $(25-5\times 2.5\div 2)\div 2=9.375$(平方厘米)。
思路:由折叠对折关系,所求阴影是原三角形与折出小三角形面积差的一半。

第15讲 分割方法求面积

分割法求面积:将不规则或复杂的图形分割成若干个面积易求的基本图形(如三角形、正方形、正六边形的全等部分),分别求面积再相加或相减,从而求出目标图形的面积。
正多边形的等积分割:正六边形可分成6个面积相等的小三角形,正十二边形可分成12个面积相等的小三角形,利用整体面积平均分配求出局部面积。
格点图形与皮克公式:在格点图中,多边形面积可用皮克公式 $S=\frac{a}{2}+b-1$($a$ 为边上格点数,$b$ 为内部格点数,每格面积为1)计算,常用于把图形分割成单位格点三角形求面积。
七巧板与拼图面积:用最小的全等基本块(如等腰直角三角形)去分割七巧板拼成的图形,通过数块数求各部分面积关系。
同底等高与等积变形:利用三角形同底等高面积相等、平行线间等积变换,将阴影部分转化为易求的等积图形。
图形面积的比较:通过分割与转化判断不同阴影部分面积的大小关系,比较各区域面积。
1. 公园要建一个正方形花坛,并在花坛四周铺上 2 米宽的草坪,草坪的面积是 96 平方米,花坛和草坪的面积总和是________平方米。 A. 204  B. 190  C. 196  D. 100
分割法求面积正方形面积
答案
C
解题步骤
如下图所示,图中阴影部分为草坪,图中四角的小正方形的总面积为 $2\times2\times4=16$(平方米)。每 1 个剩下的小长方形阴影部分的面积为 $96-16=80$(平方米),每个分为 4 块,即 $80\div4=20$(平方米),又因小长方形的宽为 2,则小长方形阴影的长为 $20\div2=10$(米),即原正方形花坛的边长为 10,则花坛的面积为 $10\times10=100$(平方米),所以花坛和草坪的面积总和是 $100+96=196$(平方米)。故选 C。
思路:把草坪分割为四角的4个小正方形和4条小长方形,由草坪面积反推出花坛边长,再求花坛与草坪面积总和。
2. 如图所示,正十二边形的面积是 60 平方米,点 $O$ 是正十二边形的中心,那么阴影三角形的面积是________平方米。
figure
一个正十二边形,圆心 $O$ 为其中心。点 $A$、$B$ 是右侧相邻的两个顶点($A$ 在上、$B$ 在下)。连接 $O$ 与正十二边形左侧某顶点、连接 $OA$、$OB$,阴影三角形 $OAB$ 位于图形中部偏下。
正多边形的等积分割三角形面积
答案
5
解题步骤
如下图所示,阴影部分面积等于三角形 $OAB$ 的面积,正十二边形可被分成 12 个形如三角形 $OAB$ 的部分,所以三角形 $OAB$ 的面积 $=60\div12$
$=5$(平方米),即阴影部分面积为 5(平方米)。
思路:把正十二边形从中心分成12个全等三角形,阴影三角形恰为其中一个,用总面积除以12即可。
3. 比较图中的两个阴影部分 $\mathrm{I}$ 和 $\mathrm{II}$ 的面积,它们的大小关系是________。
figure
在一个由单位虚线方格组成的网格中,左侧标记 $\mathrm{I}$ 的为一个倾斜的四边形(平行四边形状)阴影,右侧标记 $\mathrm{II}$ 的为一个直角三角形阴影。
分割法求面积图形面积的比较格点图形
答案
相等
解题步骤
$\mathrm{I}$ 的面积为:$6-(2\times1\div2+1\times1\div2+3\times1\div2)=3$,$\mathrm{II}$ 的面积为 $3\times2\div2=3$。所以两块阴影部分面积相等。
思路:用大矩形面积减去周围空白三角形求出 $\mathrm{I}$ 的面积,再直接用底高求出 $\mathrm{II}$ 的面积,比较得相等。
4. 下图中的“小猫”是用七巧板拼成的,“小猫”尾巴的面积是 8 平方厘米。“小猫”的面积是多少平方厘米?
figure
用七巧板(含两个大三角形、一个中三角形、两个小三角形、一个正方形、一个平行四边形)拼成的一只坐着的小猫图形,头部、身体、尾巴等由深浅不同的板块组成。
七巧板与拼图面积分割法求面积
答案
64
解题步骤
用图中最小的等腰直角三角形来分割图形,则共可分割成 16 个,尾巴占了两个小等腰直角三角形,所以“小猫”的面积为 $8\div2\times16=64$(平方厘米)。
思路:以最小等腰直角三角形为面积单位,数出整只猫与尾巴各占几块,按比例求总面积。
5. 如下图所示,三个正六边形的面积均为 6 平方厘米,那么,阴影部分的面积是________平方厘米。
figure
三个全等的正六边形两两相邻拼接(左上、左下、右各一个),公共连接处附近形成阴影区域,阴影大致为中央三角形状的部分。
正多边形的等积分割分割法求面积
答案
12
解题步骤
如右图所示,一个正六边形可以分成面积相等的六个三角形,所以每个三角形面积为 $6\div6=1$(平方厘米),空白部分包括 6 个这样的三角形,所以阴影部分面积为 $18-6=12$(平方厘米)。
思路:把每个正六边形分成6个等积小三角形,用三个六边形总面积减去空白处的6个小三角形得阴影面积。
6. 如下图所示,六边形 $ABCDEF$ 为正六边形,$P$ 为对角线 $CF$ 上一点,若三角形 $PBC$、三角形 $PEF$ 的面积分别为 3 平方米与 4 平方米,则正六边形 $ABCDEF$ 的面积是________平方米。
figure
正六边形 $ABCDEF$,顶点依次为下方 $A$、左下 $B$、左上 $C$、上方 $D$(图中 $C$、$D$ 在上方一边)、右 $E$、下方 $F$。$P$ 是对角线 $CF$ 上一点。阴影为三角形 $PBC$(左上)与三角形 $PEF$(右下)。
同底等高与等积变形正多边形的等积分割
答案
21
解题步骤
如下图所示,连接 $BF$、$CF$,三角形 $ABF$ 的面积与平行四边形 $ABOF$ 面积的一半(此处指利用平行关系),六边形 $ABCDEF$ 的面积是平行四边形 $ABOF$ 的 3 倍,故六边形 $ABCDEF$ 的面积是三角形 $ABF$ 的面积的 6 倍。三角形 $BCP$ 的面积与平行四边形 $BFEC$(相应部分)的关系:六边形 $ABCDEF$ 的面积是平行四边形 $BFEC$ 的 1.5 倍;故六边形 $ABCDEF$ 的面积是三角形 $BCP$ 的面积与三角形 $EFP$ 的面积和的 3 倍。由 $\triangle PBC$、$\triangle PEF$ 的面积分别为 3 与 4,可知正六边形 $ABCDEF$ 的面积为 $(3+4)\times3=21$(平方米)。
思路:利用正六边形被对角线分割出的平行四边形与三角形之间的倍数关系,把两块已知阴影三角形面积之和乘以3得到整个正六边形面积。
7. 如下图所示,大正六边形的面积是 24 平方厘米,其中放了三个一样的小正六边形。阴影面积是________平方厘米。
figure
一个大正六边形内部均匀放置三个全等的小正六边形(围绕中心呈对称分布),三个小正六边形为阴影部分。
正多边形的等积分割格点图形
答案
18
解题步骤
将六边形分割为三角形格点,如上图所示,六边形被分成 24 个面积为 1 平方厘米的正三角形,阴影面积为 $1\times18=18$(平方厘米)。
思路:把大正六边形分成24个单位正三角形,数出三个小正六边形所占的三角形个数(18个)即得阴影面积。
8. 下图中正六边形的面积为 24 平方厘米,其中 $A$、$B$、$C$ 都是所在边的中点,$D$ 是 $BC$ 的三等分点,阴影部分的面积是________平方厘米。
figure
正六边形,$A$ 为上边中点,$C$ 为右上边中点,$B$ 为下边左端附近顶点(所在边中点)。连接得阴影四边形/三角形 $A$、$B$、$D$ 区域,$D$ 是 $BC$ 的三等分点。
格点图形与皮克公式分割法求面积
答案
5
解题步骤
将六边形分割为三角形格点,如上图所示,六边形被分割成 24 个面积为 1 平方米的正三角形。根据皮克公式,内部点 $n=2$,边上点 $b=3$,则阴影的面积为 $(2+3\div2-1)\times2=5$(平方米)。
思路:把正六边形分成24个单位正三角形,用皮克公式数出阴影多边形的内部格点与边上格点,算出阴影面积。
9. 如下图所示,它们是大小相同的五个正六边形,若其阴影部分的面积依次记为 $a$,$b$,$c$,$d$,$e$,那么 $a$,$b$,$c$,$d$,$e$ 的大小关系是________。
figure
五个大小相同的正六边形,阴影图案各不相同:第一个为间隔涂色的小三角形(约一半),第二个为内接大三角形,第三个为竖直矩形条,第四个为部分三角形组合,第五个为由若干交叉对角线围成的星形阴影。
正多边形的等积分割图形面积的比较分割法求面积
答案
$c=e>a$
$=b$
$=d$
解题步骤
正六边形的面积是 $a$ 的 2 倍;正六边形的面积是 $b$ 的 2 倍;正六边形的面积是 $c$ 的 1.5 倍;正六边形的面积是 $d$ 的 2 倍;正六边形的面积是 $e$ 的 1.5 倍。所以由大到小为 $c=e>a$
$=b$
$=d$。
思路:把每个正六边形与其阴影部分作等积分割,求出各阴影占整体的比例($a,b,d$ 占一半,$c,e$ 占三分之二),从而比较大小。
10. 如下图所示,3 个相同的正方形纸片按相同的方向叠放在一起,顶点 $A$ 和 $B$ 分别与正方形中心点重合,如果所构成图形的周长是 48 厘米,那么这个图形覆盖的面积是________平方厘米。
figure
三个全等的正方形(旋转45°呈菱形摆放)沿水平方向部分重叠排成一行,相邻正方形的一个顶点 $A$、$B$ 恰落在前一个正方形的中心,虚线表示重叠部分。
分割法求面积正方形面积重叠与覆盖
答案
90
解题步骤
将这 3 个正方形分成 10 个小正方形,可知这个图形的周长为小正方形边长 $\times16$,故小正方形边长为 $48\div16=3$(厘米),所以这个图形覆盖的面积为 $3\times3\times10=90$(平方厘米)。
思路:把重叠摆放的三个正方形分割成相同的小正方形,先由周长求出小正方形边长,再数覆盖区域所含的小正方形个数求面积。
11. 如下图所示,25 个点分 5 行 5 列放置,每行中相邻的两个圆点相距 1 厘米,每列内相邻两个圆点也相距 1 厘米。图中阴影部分的面积是________。
figure
$5\times5$ 的方形点阵(点间距 1 厘米),中间区域用四个全等的倾斜小正方形(菱形,顶点落在格点上)拼成一个风车状阴影图案,中心留一个空白小方块。
分割法求面积格点图形
答案
8 平方厘米
解题步骤
阴影部分是 4 个正方形,每个正方形面积是 $2\times2\div2=2$(平方厘米),所以阴影部分面积是 8 平方厘米。
思路:阴影由4个倾斜的小正方形组成,每个倾斜正方形面积为2平方厘米,乘以4即得阴影总面积。
12. 正方形 $ABCD$ 与等腰直角三角形 $BEF$ 放在一起(见下图),$M$、$N$ 点为 $AD$、$DC$ 的中点,阴影部分的面积是 14 平方厘米,三角形 $BEF$ 的面积是________平方厘米。
figure
正方形 $ABCD$($A$ 左上、$B$ 左下、$C$ 右下、$D$ 右上)与等腰直角三角形 $BEF$ 放在一起,直角顶点附近 $F$ 在上方,$E$ 在右下,斜边 $FE$ 经过正方形上边中点 $M$ 与右边中点 $N$。阴影为五边形 $ABCNM$(去掉三角形角后的部分)。
分割法求面积同底等高与等积变形
答案
18 平方厘米
解题步骤
因为 $M$、$N$ 为中点,故我们可以利用图中所画虚线辅助图形,分割图形如上图,图中的三角形面积相等,阴影部分为 7 个三角形,且其面积为 14 平方厘米,故一个三角形面积为 $14\div7=2$(平方厘米),故三角形 $BEF$ 的面积是 $2\times9=18$(平方厘米)。
思路:利用中点把图形分割成若干个等积小三角形,先由阴影含的三角形个数求出单位三角形面积,再数出三角形BEF所含个数求其面积。
13. 定义:$A\,☆\,B$ 表示线段 $AB$ 的中点,例如,图 1 中 $C=A\,☆\,B$,在图 2 中正方形 $ABCD$ 的面积是 2012 平方厘米。已知:$M=(A\,☆\,B)\,☆\,(D\,☆\,A)$;$N=(A\,☆\,B)\,☆\,(B\,☆\,C)$;$P=(B\,☆\,C)\,☆\,(C\,☆\,D)$;$Q=(C\,☆\,D)\,☆\,(D\,☆\,A)$。那么,四边形 $MNPQ$ 的面积是________平方厘米。
figure
图1:一条线段,$A$、$B$ 为端点,$C$ 为中点(标在中间),两端及中点处有黑点。图2:正方形 $ABCD$($A$ 左上、$B$ 右上、$C$ 右下、$D$ 左下)。
分割法求面积中点与等积变形
答案
503
解题步骤
如图所示,根据题意作图如下,分割成图上图,可以 $MNPQ$ 占正方形 $ABCD$ 占十六个,$ABCD$ 面积是 $MNPQ$ 面积的 4 倍,所以 $MNPQ$ 面积为 $2012\div4=503$(平方厘米)。
思路:依定义找出各中点之中点 $M,N,P,Q$,把正方形分成16个小三角形,数出四边形 MNPQ 占其中4份,得其面积为正方形的四分之一。
14. 如下图所示,已知 $\triangle ABC$ 的面积是 12 平方厘米,以正六边形的边长为正方形的边长,向外做了 6 个正方形,最后以正方形的边长为等边三角形的边长,做了 6 个小等边三角形,这六个小三角形的面积之和是________平方厘米。
figure
中央为一个正六边形,内部画出阴影三角形 $\triangle ABC$(顶点 $A$ 左上、$B$ 右、$C$ 下)。正六边形的每条边向外接一个正方形,每个正方形外侧再接一个等边三角形(阴影),整体呈六角星花样。
正多边形的等积分割等边三角形面积关系
答案
24
解题步骤
$\triangle ABC$ 可以分成三个等腰三角形,那么这个正六边形的面积为 $\triangle ABC$ 的两倍,即 24 平方厘米。正六边形又可以分成 6 个和阴影一样的等边三角形,那么这六个小三角形的面积之和也为 24 平方厘米。
思路:正六边形可分成与 $\triangle ABC$ 相同的6个等边三角形,正六边形面积是 $\triangle ABC$ 的2倍;外侧6个小等边三角形与内部小等边三角形等积,故其和等于正六边形面积24平方厘米。
15. 下图是用 8 个边长为 1 厘米的正方形所组成的,共有 15 个格点,请以这 15 个格点中的 3 个为顶点作一个面积为 3.5 平方厘米的三角形。
figure
由 8 个边长 1 厘米的小正方形组成的 $4\times2$ 网格(4 列 2 行),共 15 个格点,左侧标有“1 厘米”的尺度箭头。
格点图形与皮克公式分割法求面积
答案
如图所示
解题步骤
方法一:总面积为 $1\times1\times8=8$(平方厘米),所以需要去掉 $8-3.5=4.5$(平方厘米),如上图所示,图中三角形 $ABC$ 的面积就是 3.5 平方厘米。
方法二:根据格点图形面积的计算公式,三角形的面积是 3.5 平方厘米,则三角形的底边和内部应该各有三个格点,同样能作出如图所示图形。
思路:利用总面积减去周围空白三角形使所剩三角形为3.5平方厘米,或根据皮克公式确定底边与内部格点数,从而在格点上作出符合面积要求的三角形。

第16讲 其他方法求面积

等积变形:通过添加辅助线、利用等底等高或平行关系,把待求图形的面积转化为另一个易求图形的面积,是求复杂图形面积的核心方法。
长方形十字交叉相乘原理:长方形被一条横线和一条竖线分成四块时,处于对角位置的两块面积之积相等,可用来由三块面积求第四块。
平移法(割补法)求面积:将不规则图形或小路、缺口等通过平移、割补转化为规则的长方形或矩形,注意处理重叠与拐角,从而方便计算面积。
两个正方形与重叠模型:借助两个正方形之间的环形可分成相同长方形,以及正方形纸片互相叠合时重叠部分与露出部分的关系来求面积。
等高三角形面积比:同高的三角形面积之比等于底边之比,结合分点比例可逐步求出图中各三角形及四边形的面积。
容斥原理求覆盖面积:多个图形叠放时,覆盖面积等于各图形面积之和减去重叠部分,常用于多张纸片覆盖问题。
面积最值:在格点或给定边长条件下,通过固定底边求最大高、合理安排边长等方式,使三角形或多边形面积达到最大。
1. 如下图所示,长方形被分成面积相等的 4 部分,$x=$ ______ 厘米。(图中上方长方形长 16 厘米、宽 2 厘米,下方部分高为 $x$ 厘米。)
figure
一个长方形,上部是一条长 16 厘米、宽 2 厘米的横条;下部为高 $x$ 厘米的区域,被竖线分成左右两块,左块中画有一条对角线形成三角形。整体被分成面积相等的 4 部分。
等积变形长方形面积面积均分
答案
6
解题步骤
长为 16、宽为 $x$ 的长方形面积等于上面 $16\times2$ 的长方形面积的 3 倍,所以 $x=6$ 厘米。
思路:利用整体被均分成面积相等的四部分,将下方长方形面积与上方窄条面积建立倍数关系求出 $x$。
2. 把一个长方形分成 6 个正方形(见下图),其中最小的一个面积是 1 平方厘米,那么这个长方形的面积是 ______ 平方厘米。
figure
一个长方形被分割成 6 个大小不同的正方形:左上、右上各一个较大正方形,左下一个中等正方形,右下及中间由若干小正方形拼成,其中有一个最小的正方形。
正方形拼接边长关系长方形面积
答案
143
解题步骤
如下图所示,由图②的面积与图③的面积相等,记⑥的边长为 $a$,则⑤的边长为 $a-1$,④的边长为 $a-2$,③与②的边长均为 $a-3$,所以⑥的边长比图②的边长多 3 厘米,因此图③的边长为 $3+1=4$(厘米),④的边长为 $4+1=5$(厘米),图⑤的边长为 $5+1=6$(厘米),图⑥的边长为 $6+1=7$(厘米)。所以长方形的长和宽分别为 $6+7=13$(厘米),$5+6=11$(厘米),所以长方形的面积为 $13\times11=143$(平方厘米)。
思路:设最小正方形相关边长为未知量,利用相邻正方形边长的递推关系逐一求出各正方形边长,再算出长方形的长与宽。
3. 如下图所示,长方形被两条直线切割成四部分,已知其中三部分的面积分别为 28 平方厘米、12 平方厘米、6 平方厘米,阴影部分的面积是 ______ 平方厘米。
figure
一个长方形被一条横线和一条竖线分成四个小长方形:左上面积 28,右上面积 12,右下面积 6,左下为阴影部分(待求)。
长方形十字交叉相乘原理面积比例
答案
14
解题步骤
长方形十字交叉相乘原理。如上图所示,设分成的四个小长方形的边长为 $a$、$b$、$c$、$d$,左上角的长方形面积是 $ac$,右上角的长方形面积是 $ad$,左下角的长方形面积是 $bc$,右下角的长方形面积是 $bd$,所以不相邻的两个长方形面积的乘积相等,均为 $abcd$。则有 $28\times6=12\times$ 阴影部分面积,故阴影部分面积是 $28\times6\div12=14$。
思路:运用长方形十字交叉相乘原理:对角两块面积之积相等,由此列式求阴影面积。
4. 一个长方形被分割成 8 个小长方形,其中有五个小长方形的面积如下图所示(单位:平方分米),那么这个大长方形面积是多少?(图中上排为 $35$、$15$、$30$、空白,下排为空白、$21$、空白、$28$。)
figure
一个大长方形被分成 2 行 4 列共 8 个小长方形。上排四格依次标注 35、15、30 和一个空白格;下排四格依次为空白、21、空白、28。
长方形十字交叉相乘原理面积比例
答案
240
解题步骤
根据十字交叉相乘原理,三个空白部分面积分别是 $35\times21\div15=49$,$30\times21\div15=42$,$30\times28\div42=20$,总面积 $=35+15+30+20+49+21+42+28$
$=240$(平方分米)。
思路:利用同一行(列)小长方形面积满足十字交叉相乘原理,逐个求出空白格面积后求总和。
5. 如下图所示,在一块长 24 米、宽 16 米的长方形绿地上,有一条宽 2 米的小路。请你列式计算出这条小路的面积。
figure
长 24 米、宽 16 米的长方形绿地内有一条宽 2 米、呈阶梯(折线)状的灰色小路,小路从左上沿折线通向右下。
平移法求面积等积变形小路问题
答案
76
解题步骤
阴影部分即小路的面积等于路宽乘以路长,路宽为 2,路长为长方形的长加宽再减去路宽,可按上图将小路等积变形,其面积为 $2\times24+2\times16-2\times2=76$(平方米)。
思路:将折线小路平移(等积变形)成沿长和宽的两条直路,注意减去重叠的拐角部分,求出面积。
6. 如下图所示(单位:米),在大长方形中阴影部分的每个小长方形长相等、宽也相等,求空白部分的面积。
figure
一个大长方形(底边长 42 米、高 24 米)内分布着若干灰色小长方形(横放与竖放交错),每个小长方形长相等、宽相等;其余为空白部分。
列方程组长方形面积图形重叠
答案
576 平方米
解题步骤
观察图形,可以得到长方形的长宽关系满足:$\begin{cases}2\,\text{长}+4\,\text{宽}=42\,\text{米}\\2\,\text{长}+1\,\text{宽}=24\,\text{米}\end{cases}$,解得 $\begin{cases}\text{长}=9\,\text{米}\\\text{宽}=6\,\text{米}\end{cases}$。所以空白部分的面积为 $24\times42-8\times9\times6=576$(平方米)。
思路:由图中小长方形的排列建立关于小长方形长、宽的二元一次方程组,解出长宽后用大长方形面积减去阴影面积。
7. 已知两个正方形的边长和为 25 厘米,大正方形面积比小正方形面积大 125 平方厘米,那么大正方形的面积是 ______ 平方厘米。
两个正方形模型环形分割和差问题
答案
225
解题步骤
如下图所示,它是非常典型的两个正方形模型的分析方法。两个正方形之间的环形部分可以分成 4 个完全相同的长方形,不妨设它们的宽是 $a$ 厘米,长是 $b$ 厘米,那么大正方形的边长是 $(a+b)$ 厘米,小正方形的边长是 $(b-a)$ 厘米。由题意有 $\begin{cases}(a+b)+(a-b)=25\\4ab$
$=125\end{cases}$,解得 $\begin{cases}a=12.5\\b$
$=2.5\end{cases}$,所以大正方形的面积是 $(12.5+2.5)\times(12.5+2.5)=225$(平方厘米)。
思路:利用两个正方形模型,把环形差分成 4 个相同长方形,借助边长和与面积差列方程组求出大正方形面积。
8. 正方形 $ABCD$ 的边长为 6 米,$E$ 是 $BC$ 的中点(见下图)。四边形 $OECD$ 的面积为 ______ 平方米。
figure
正方形 $ABCD$,顶点 $A$(左上)、$D$(右上)、$B$(左下)、$C$(右下),$E$ 为底边 $BC$ 的中点;连对角线 $BD$ 与线段 $AE$ 交于点 $O$。
等积变形面积份数法正方形面积
答案
15
解题步骤
如下图所示,连接 $DE$,根据等积变形,设 $S_{\triangle BEO}=1$ 份,那么 $S_{\triangle ABO}=S_{\triangle DEO}$
$=2$ 份,$S_{\triangle ADO}=4$ 份,所以 $S_{\triangle DCE}=S_{\triangle DBE}$
$=3$ 份,正方形 $ABCD$ 共为 $1+2+2+4+3=12$(份),四边形 $OECD$ 的面积为 $6\times6\div12\times(2+3)=15$(平方米)。
思路:连接 $DE$ 后用等积变形把正方形按三角形面积分成若干份,求出四边形 $OECD$ 所占份数对应的面积。
9. 如下图所示,三角形 $ABC$ 和三角形 $EFD$ 是面积为 2004 平方厘米的全等的直角三角形,$AB=EF$,$BC=FD$,$\angle ABC=\angle DFE=90^{\circ}$,点 $B$ 在 $DE$ 边上,点 $F$ 在 $AC$ 边上,形成长方形 $GBHF$。求长方形 $ADEC$ 的面积。
figure
两个全等的直角三角形 $ABC$ 与 $EFD$ 交错叠放,点 $B$ 在 $DE$ 上、点 $F$ 在 $AC$ 上,重叠部分形成长方形 $GBHF$;外围顶点为 $A$、$D$、$E$、$C$。
等积变形一半模型全等三角形
答案
4008 平方厘米
解题步骤
如下图所示,连接 $BF$,因为三角形 $ADB$ 的面积等于三角形 $BDF$ 的面积,同时减去三角形 $BDG$ 的面积,可得三角形 $ADG$ 的面积与三角形 $BGF$ 的面积相等,三角形 $CEH$ 的面积与三角形 $BHF$ 的面积相等,所以长方形 $ADEC$ 的面积为三角形 $ABC$ 面积的 2 倍,为 4008 平方厘米。也可以利用一半模型得出结论。
思路:连接 $BF$ 后用等积变形把外围两个小三角形与重叠长方形内的对应三角形等面积替换,得到长方形面积恰为一个直角三角形面积的 2 倍。
10. 如下图所示,正方形 $AEFG$ 与小正方形 $ABCD$ 并排放置,点 $A$、$B$、$E$ 在同一水平线上。连接 $AC$ 与 $CF$,已知阴影部分(三角形 $ACF$)的面积为 10 平方米。那么小正方形的面积是多少平方米?
figure
左侧一个小正方形 $ABCD$($A$ 在左下、$B$ 在右下、$C$ 在右上、$D$ 在左上),右侧一个较大正方形 $AEFG$($A$、$E$ 在下、$F$、$G$ 在上)共用底边方向;连接 $A$ 到 $C$、$C$ 到 $F$,并作虚线 $BF$,三角形 $ACF$ 为灰色阴影。
等积变形平行线等积一半模型
答案
20
解题步骤
如下图所示,连接 $BF$,$BF$ 和 $AC$ 平行,阴影部分面积等于三角形 $ABC$ 的面积,而三角形 $ABC$ 的面积是小正方形面积的一半,所以小正方形的面积是阴影部分面积的 2 倍,为 20 平方米。
思路:作辅助线 $BF$ 并利用 $BF\parallel AC$ 把阴影三角形等积转化为三角形 $ABC$,它恰为小正方形面积的一半。
11. 如下图所示,直角三角形 $AEF$ 中,$EF=15$ 厘米,$AF=24$ 厘米,$\angle F=90^{\circ}$。在 $AF$ 上有一点 $B$,过 $B$ 作 $BC$ 垂直 $AF$ 交 $AE$ 于点 $C$($D$、$C$ 在斜边一侧),已知三角形 $BCE$ 的面积为 60 平方厘米。求阴影三角形 $DCE$ 的面积。
figure
直角三角形 $AEF$,$A$ 在左下、$F$ 在右下、$E$ 在右上,直角在 $F$,$AF=24$、$EF=15$;竖直线段 $CB$ 交斜边 $AE$ 于 $C$、交底边于 $B$,上方点 $D$ 在顶部,虚线连 $A$ 到 $D$,三角形 $DCE$(或 $BCE$)为阴影。
等积变形等高三角形面积比共高底成比例
答案
30
解题步骤
如下图所示,连接 $AD$,则三角形 $BCE$ 的面积等于三角形 $ACD$ 的面积,所以 $CD=60\times2\div24$
$=5$(厘米),$CB=15-5$
$=10$(厘米),又因为三角形 $DCE$ 和三角形 $BCE$ 同高,且 $CB$ 是 $CD$ 的 2 倍,所以三角形 $BCE$ 的面积是三角形 $DCE$ 面积的 2 倍,所以三角形 $DCE$ 的面积是 $60\div2=30$(平方厘米)。
思路:通过连接 $AD$ 进行等积变形求出 $CD$、$CB$,再利用同高三角形面积与底边成比例求出所求三角形面积。
12. 如下图所示,梯形 $ABCD$ 中,$AB\parallel DC$,$E$ 是下底 $CD$ 的中点。$BF$ 把梯形 $ABCD$ 分成面积相等的两部分,已知 $BE=12$、$EF=5$。求 $BF$ 的长。
figure
梯形 $ABCD$,上底 $AB$ 在上($A$ 左、$B$ 右),下底 $DC$ 在下($D$ 左、$C$ 右),$E$ 为下底上一点。$G$ 为 $AB$ 中点,连 $GE$;$BF$ 从 $B$ 向下底,交点 $F$,$GE$ 与 $BF$ 交于 $O$,含虚线辅助线。
等积变形梯形面积均分勾股定理
答案
13
解题步骤
见上图,取 $AB$ 中点 $G$,连接 $GE$,因为 $E$ 是 $CD$ 中点,所以 $GE$ 将梯形 $ABCD$ 分成面积相等的两部分,又因为 $BF$ 将梯形 $ABCD$ 分成面积相等的两部分,所以三角形 $BOG$ 和三角形 $EOF$ 的面积相等,所以 $EF=BG$
$=5$ 厘米,由勾股定理,$BF^{2}=12^{2}+5^{2}$
$=169$,所以 $BF=13$ 厘米。
思路:利用中位线 $GE$ 与 $BF$ 都把梯形平分,得到两个三角形面积相等从而求出 $EF$,再用勾股定理求 $BF$。
13. 如下图所示,正方形 $ABCD$ 的边长为 18 厘米,$M$、$N$ 分别在边 $AB$、$CB$ 上,且 $AM=2MB$,$CN=2NB$。连接 $AN$ 与 $CM$ 交于点 $O$,求四边形 $AOCD$(即 $S_{AOCD}$)的面积。
figure
正方形 $ABCD$,$D$ 左上、$C$ 右上、$A$ 左下、$B$ 右下,边长 18。$M$ 在底边 $AB$ 上、$N$ 在右边 $CB$ 上,连 $AN$(或 $AO$ 延长)、$CM$ 交于点 $O$,含虚线 $OB$。
等积变形等高三角形面积比正方形分割
答案
243
解题步骤
如下图所示,连接 $OB$,由 $AM=2MB$,$CN=2NB$,有:$S_{\triangle AMO}=2S_{\triangle BMO}$,且 $S_{\triangle CNO}=2S_{\triangle BNO}$。又 $S_{\triangle ABN}=S_{\triangle CBM}$
$=18\times6\div2$
$=54$(平方厘米),所以 $S_{\triangle AMO}=S_{\triangle CNO}$
$=2S_{\triangle BMO}$
$=2S_{\triangle BNO}$
$=54\div4\times2$
$=27$(平方厘米)。那么 $S_{AOCD}=18\times18-54-27$
$=243$(平方厘米)。
思路:连接 $OB$,利用 $M$、$N$ 的分点比例得到等高三角形面积之比,逐步求出各三角形面积后从正方形总面积中扣除得到四边形面积。
14. 如下图所示,甲、乙、丙三个正方形,它们的边长分别是 4 厘米、6 厘米、8 厘米。乙的一个顶点在甲的中心点上,丙的一个顶点在乙的中心点上,并且甲与丙没有交集。这三个正方形的覆盖面积是多少?
figure
三个倾斜放置的正方形:上方较小的甲、中间的乙、下方较大的丙,依次部分重叠。乙的一个顶点落在甲的中心,丙的一个顶点落在乙的中心,甲与丙不相交。
容斥原理旋转重叠正方形中心重叠
答案
103 平方厘米
解题步骤
甲的面积是 16 平方厘米,乙的面积是 36 平方厘米,丙的面积是 64 平方厘米,甲和乙的重合部分,是从甲的中心做一个 $90^{\circ}$ 的角,甲乙重叠的面积是甲的面积的 $\dfrac{1}{4}$;同样的,乙和丙的重合部分的面积是乙的面积的 $\dfrac{1}{4}$。实际上,我们可以旋转甲和乙,如下图所示:那么覆盖的面积是 $16+36+64-4-9=103$(平方厘米)。
思路:利用顶点落在中心使重叠部分恰为对应正方形面积的四分之一,用容斥原理(总和减去两处重叠)求覆盖面积。
15. 校园里有一块长方形的地,长 18 米,宽 12 米,想种上红花、黄花和绿草。一种设计方案如下图(除长方形四个顶点外,其余各点均为各边中点),那么其中红花的面积是 ______ 平方米。
figure
长 18 米、宽 12 米的长方形,四边中点连成内部的菱形并进一步分割;中央区域标注两块黄花、两块红花,四角为四块绿草。
中点连线面积比例等积变形
答案
54 平方米
解题步骤
图中黄花面积 $+$ 红花面积 $=$ 长方形面积的一半,而且黄花面积 $=$ 红花面积,所以,红花面积 $=18\times12\div2\div2$
$=54$(平方米)。
思路:由中点连线性质得内部黄花与红花合计为长方形面积的一半,又黄花、红花面积相等,从而求出红花面积。
16. 如下图所示,$5\times5$ 的方格中,每个小方格的边长为 1,$A$、$B$ 两点在小方格的顶点上。现在要在小方格的顶点上确定一点 $C$,连接 $AC$、$BC$ 后,使得三角形 $ABC$ 面积最大,请在图中标出 $C$ 点,并求出最大面积为多少?
figure
$5\times5$ 的方格网,其中 $A$、$B$ 两点位于方格顶点上,$A$ 在偏上、$B$ 在 $A$ 右下方,连有线段 $AB$。需在格点中找点 $C$ 使三角形 $ABC$ 面积最大。
格点面积三角形面积最值等底求最大高
答案
4 平方米
解题步骤
要使三角形 $ABC$ 的面积尽可能大,因为 $AB$ 长度固定,那么就是要求 $AB$ 边上的高尽可能大,显然当另外一个点在 $C$ 或 $D$ 时这个高是最大的。对于 $C$:$S_{\triangle ABC}=S_{EFGC}-S_{\triangle AEC}-S_{\triangle ABF}-S_{\triangle GBC}$
$=3\times4-3\times2\div2-2\times1\div2-2\times4\div2$
$=4$(平方米)。对于 $D$:同理有 $S_{\triangle ABD}=3\times3-3\times2\div2-3\times1\div2-2\times1\div2$
$=3.5$(平方米),所以所求 $C$ 点如下图所示,且这个最大面积是 4 平方米。
思路:固定底边 $AB$,使三角形面积最大即求底边上高最大的格点,用大矩形减去周围直角三角形的方法计算面积并比较。
17. 用 $1$、$2$、$3$、$4$、$5$、$6$、$7$、$8$ 这八个数作为下图图形的八条边的边长(单位:米),不同的组成有不同的面积,那么这个图形的最大面积是多少平方米?
figure
一个凹八边形(带一个向内的矩形缺口),共有八条边;需把 1 至 8 这八个数分别作为八条边的边长安排,使图形面积最大。
割补法求面积面积最值边长安排
答案
50
解题步骤
首先肯定有 $a+b+c=d$。要使图形的面积最大,那么 $d\times h$ 要最大,那么是 $7\times8$;阴影部分的面积要最小,即 $a\times(g-f)+b\times g$ 最小,那么 $g-f=1$,$a$ 和 $b$ 取 2 和 1。最后组成如下右图所示的图形,面积是 $7\times8-[2\times(4-3)+1\times4]=50$。
思路:把凹多边形看作大长方形挖去一个缺口,使大长方形面积最大且挖去部分最小,从而合理分配 1 至 8 的边长求最大面积。
18. 如下图所示,有 $A$、$B$、$C$、$D$ 四块大小一样的正方形纸片,放在一个大正方形纸盒中,它们之间互相叠合。已知露在外面的部分中,$A$ 的面积是 144 平方厘米,$B$ 的面积是 96 平方厘米,$D$ 的面积是 84 平方厘米。那么 $C$ 露出部分的面积是 ______ 平方厘米。
figure
一个大正方形纸盒内放有四块大小相同的正方形纸片 $A$、$B$、$C$、$D$ 互相叠合:$B$、$C$ 在上部($C$ 在右上角较小露出),$A$ 在左下、$D$ 在右下,各片露出部分面积不同。
平移法求面积重叠覆盖正方形面积
答案
46.25
解题步骤
首先向左移动正方形 $B$,使它有两边与大正方形的边重合,如下图 1 所示。此时正方形 $B$ 与正方形 $D$ 露出部分的面积相等,均为 $(96+84)\div2=90$(平方厘米)。所以图 1 中正方形 $C$ 露出的面积为 $90\times90\div144=56.25$(平方厘米)。再计算图 2 中正方形 $B$ 中 $E$ 这部分。$H$ 部分的面积是 $90-84=6$(平方厘米),$E$、$F$ 两部分的面积和是 90,故 $G$、$H$ 两部分的面积和是 $144-90=54$(平方厘米)。$E$ 部分的面积是 $90\div(54\div6)=10$(平方厘米)。故 $C$ 露出部分的面积为 $56.25-10=46.25$(平方厘米)。
思路:通过平移正方形使其与大正方形边重合,逐步比较各片露出部分面积关系,求出 $C$ 露出部分的面积。
19. 桌面上放有四张大小不同的正方形纸片,边长分别为 2 米、3 米、4 米、5 米。若分别取走边长为 2 米、3 米、4 米、5 米的正方形纸片中的一个,剩下的三张纸片覆盖的面积分别减少 2 平方米、3 平方米、4 平方米、5 平方米。那么这四张纸片覆盖的面积为 ______ 平方米。
容斥原理覆盖面积重叠部分计算
答案
34
解题步骤
方法一:四张纸片的面积分别是 4 平方米、9 平方米、16 平方米、25 平方米,每张纸片与其他纸片重叠的面积分别为 $4-2=2$(平方米),$9-3=6$(平方米),$16-4=12$(平方米),$25-5=20$(平方米)。若能留下整张纸片一起的部分,重叠部分的面积为 20 平方米,所以这四张纸片覆盖的面积是 $4+9+16+25-20=34$(平方米)。
方法二:四张纸片的边长分别是 2 米、3 米、4 米、5 米的正方形,那么取走一张时减少的面积就是其露出的部分,$2\times2=2$,$3\times3=3$,$4\times4=4$,$5\times5=5$,剩下的部分即重叠部分。覆盖的面积为 $25-5=20$,所以以最大的正方形 $5\times5$ 为底,所以覆盖部分的面积就是 20 平方米,那么四张纸片覆盖的面积就是 $25+2+3+4=34$(平方米)。
思路:取走某张纸片所减少的面积即该纸片单独露出的部分,用四张纸片面积之和减去重叠部分(即覆盖总面积)求解。

第17讲 数字谜

加法竖式数字谜:在加法竖式中根据各数位的相加结果与进位关系,逐位推断被横线、方框、字母或圆圈遮盖的数字。
乘法竖式数字谜:在乘法竖式中利用乘积个位、进位以及部分积的位数等约束,逐位确定缺失的数字。
字母(文字)算式:用不同字母或汉字代表不同数字、相同字母代表相同数字,建立约束求出每个字母所代表的数字。
进位与借位分析:通过分析竖式运算中是否产生进位(加法、乘法)或借位(减法、除法),缩小数字的可能取值。
数字谜中的最值问题:在满足竖式成立的前提下,通过让高位尽量大或尽量小来求乘积、被除数等的最大值或最小值。
枚举与试验验证:对个位、首位等关键数位先确定有限的可能取值,再逐一试验并代回竖式验证是否成立。
1. 在下面的加法竖式中,相同的字母代表相同的数字,不同的字母代表不同的数字。求 $A$ 的值。(其中 $A+B$ 满足个位相加的关系,首位为 $C$。)
加法竖式数字谜字母(文字)算式进位与借位分析
答案
$A=8$
解题步骤
观察个位的和可以知道 $A+B=10$,个位向十位进了 $1$,所以可以知道 $C+1=B$,根据首位可以知道 $C=1$,那么 $B=2$,$A=8$。经代入验证符合条件。
思路:先由个位之和确定 $A+B=10$ 并产生进位,再结合首位约束逐位推出各字母的值。
2. 在下面的加法竖式中,相同的图形代表相同的数字,不同的图形代表不同的数字。求 $\triangle+\bigcirc+\square$ 的值。竖式为 $\overline{\bigcirc 8\bigcirc}+\overline{\triangle\square\bigcirc}$,其和为一个四位数(千位为 $\triangle$)。
加法竖式数字谜进位与借位分析枚举与试验验证
答案
$10$
解题步骤
如右图所示,和的千位 $\triangle=1$。
个位 $\bigcirc+\bigcirc=8$ 或 $\bigcirc+\bigcirc=18$。
当 $\bigcirc=4$ 时,百位 $4+1$ 不可能进位。
所以 $\bigcirc=9$,$\square=0$。
$\triangle+\bigcirc+\square=1+9+0$
$=10$。
思路:由和为四位数定出千位三角为1,再讨论个位两圆相加的进位情况,确定圆与方框的取值后求和。
3. 在算式中,不同的汉字代表不同的数字,相同的汉字代表相同的数字。一个三位数与一个两位数相加,求和“我要参加”所能表示的最大四位数。
加法竖式数字谜字母(文字)算式数字谜中的最值问题
答案
$1056$
解题步骤
一个三位数和一个两位数的和要求最大,要把大的数字放在高位,和最大是 $986+75=1061$(其中两个加数的十位之间、个位之间数字之间有重复,不满足条件)。同理,$1060$ 不能满足条件。经尝试,$1056$ 满足条件(其中两个加数的十位之间、个位之间的数字都是可以互换的)。
所以“我要参加”最大是 $1056$。
思路:要使和最大就让加数高位尽量大,再排除使不同汉字取值重复的情况,得到满足条件的最大和。
4. 在下面的乘法算式中,不同的汉字代表不同的数字,相同的汉字代表相同的数字。已知“数字谜”表示一个三位数,且 $5\times$“数字谜”所得乘积的各位为“数”“字”“谜”等汉字,求“数字谜”所代表的三位数。
乘法竖式数字谜字母(文字)算式枚举与试验验证
答案
$965$
解题步骤
$5\times$“谜”的个位是谜,说明“谜”只能代表 $0$ 或 $5$;$4\times$“字”,只有当“谜”$=5$,“字”$=6$ 时满足条件;$3\times$“数”加上进位 $2$ 依此类推,“解”$=8$;所以“巧”$=30-8-9-6-5$
$=2$。
“数字谜”所代表的三位数是 $965$。
思路:从乘积个位出发判断“谜”的取值,再结合各位的进位逐位推出每个汉字,得到三位数。
5. 下面的乘法算式中,只知道一个数字“$8$”,请你补全,这个算式的积最小是 ______。
figure
一个两位数乘以两位数的竖式,被乘数为两个方框(未知),乘数十位为 $8$、个位为方框,部分积与最终乘积均为待填的方框。
乘法竖式数字谜数字谜中的最值问题枚举与试验验证
答案
$1068$
解题步骤
被乘数乘以 $8$,得到的还是一个两位数;所以只能乘以 $9$ 得到一个三位数,推出乘数是 $89$,而被乘数只能为 $12$,乘积为 $12\times 89=1068$。
思路:由部分积的位数限制确定乘数与被乘数的取值范围,再取使乘积最小的组合。
6. 在算式 $\overline{ABCD}+\overline{EFG}=2010$ 中,不同的字母代表不同的数字。那么 $A+B+C+D+E+F+G=$ ______。
加法竖式数字谜进位与借位分析字母(文字)算式
答案
$30$
解题步骤
列竖式可知 $\overline{ABCD}+\overline{EFG}$ 共进位 $3$ 次,每进 $1$ 次,加数之和为 $3$,所以加数的数字之和为 $3+3\times 9=30$。
思路:利用“每进位一次会使各位数字之和减少9”的规律,由进位次数反推所有数字之和。
7. 在下面的乘法竖式中相同的字母代表相同的数字,不同的字母代表不同的数字。被乘数等于 ______。
figure
乘法竖式:被乘数为 $1\,A\,B\,C\,D\,E$,乘数为 $3$,乘积为 $A\,B\,C\,D\,E\,1$。
乘法竖式数字谜字母(文字)算式进位与借位分析
答案
$142857$
解题步骤
方法一:乘积的个位是 $1$,可知 $E=7$;$D\times 3+2$ 所得的个位是 $7$,因此 $D=5$;$C\times 3+1$ 所得的个位是 $5$,所以 $C=8$;$B\times 3+2$ 所得的个位是 $8$,所以 $B=2$;$A\times 3$ 所得的个位是 $2$,所以 $A=4$;因此被乘数等于 $142857$。
方法二:$(100000+\overline{ABCDE})\times 3=\overline{ABCDE}\times 10+1$,所以 $300000+\overline{ABCDE}\times 3=\overline{ABCDE}\times 10+1$,即 $299999=\overline{ABCDE}\times 7$,从而 $\overline{ABCDE}=299999\div 7$
$=42857$,因此被乘数等于 $142857$。
思路:从乘积个位逐位向前推算各字母并处理进位,或建立方程 $(100000+\overline{ABCDE})\times3=\overline{ABCDE}\times10+1$ 直接求解。
8. 在下面的 $\square$ 里填上合适的数字后,所得的积是 ______。
figure
两位数乘以两位数的竖式:被乘数为 $\square\,4\,\square$ 形式(含数字 $4$),乘数个位为 $6$,两个部分积分别为 $1\,\square\,\square\,0$ 与 $\square\,\square\,5$,最终乘积首位为 $8$。
乘法竖式数字谜进位与借位分析枚举与试验验证
答案
$8820$
解题步骤
$\square 4\square\times 6=1\square\square 0$,由乘积的个位是 $0$,可知 $\square 4\square$ 的个位是 $5$,由乘积的首位是 $1$,可知 $\square 4\square$ 的百位只能是 $2$,所以 $245\times 6=1470$。
$245\times\square=\square\square 5$,乘积个位是 $5$,所以这个个位数字的乘数只能为奇数,再根据范围即可确定乘数的十位数字是 $3$,得出以下竖式。
思路:先由各部分积的首位、末位确定被乘数与乘数的部分数字,再补全竖式得出乘积。
9. “我爱北京奥运”是个六位数,每个不同的汉字表示不同的数。符合下面竖式的这个六位数是 ______。
figure
乘法竖式:被乘数为六位数“我爱北京奥运”,乘数为一位数“运”,乘积为 $999999$。
乘法竖式数字谜字母(文字)算式枚举与试验验证
答案
$142857$
解题步骤
观察个位可以知道“运”$=7$,“奥”$\times 7$ 的个位是 $9\sim 6\sim 5$,所以“奥”$=5$,“京”$\times 7$ 的个位是 $9\sim 3\sim 6$,所以“京”$=8$,“北”$\times 7$ 的个位是 $0\sim 5\sim 4$,所以“北”$=1$,“爱”$\times 7$ 的个位是 $9\sim 1\sim 6$,所以“爱”$=4$,“我”$\times 7$ 的个位是 $9-2=7$,所以“我”$=1$。这个六位数是 $142857$。
思路:由 $999999$ 的个位入手确定“运”,再逐位利用乘法个位与进位关系推出每个汉字。
10. 在 $\square$ 内填入适当的数字,下列竖式成立,被除数等于 ______。
figure
除法竖式:除数为 $\square 6$,被除数为 $11\square\square$ 形式(首两位为 $1\,1$),商为两位数 $\square\square$,运算过程中出现 $\square\square 8$,且最后余数为 $0$。
乘法竖式数字谜进位与借位分析枚举与试验验证
答案
$1116$ 或 $1152$
解题步骤
由竖式中的 $8$ 知,商的百位是 $3$ 或 $4$,若商的十位数为 $3$,则 $\square 6\times 3=108$,进而知除数是 $108\div 3=36$,又乘积有四位数,乘积只能为 $36$ 或 $72$,当积为 $36$ 时,被除数为 $1116$;当积为 $72$ 时,被除数为 $1152$。
思路:由竖式中出现的部分积确定除数与商的某一位,再讨论各种可能得到对应的被除数。
11. 下面竖式中,“学理科到XES”的每一个汉字表示 $0\sim 9$ 这 $10$ 个数字中的一个,相同的汉字表示相同的数字,不同的汉字表示不同的数字,四位数“到XES”的最大值是 ______。
figure
乘法竖式:被乘数为三位数“学理科”,乘数为一位数 $3$,乘积为四位数“到XES”。
乘法竖式数字谜字母(文字)算式数字谜中的最值问题
答案
$2961$
解题步骤
显然“字”最大为 $9$,“理”最大为 $8$,“科”最大为 $7$,此时到XES最大,最大值为 $2961$,符合条件。
思路:要使乘积“到XES”最大,就让被乘数各位尽量取大数字,再验证是否满足不同汉字不同数字。
12. 请在下图每个方框中填入一个不是 $8$ 的数字,使乘法竖式成立。
figure
乘法竖式:被乘数为 $\square\square 8$,乘数为 $8\square$,部分积分别为 $\square 8\square\square$ 与 $8\square\square$,最终乘积为 $8\square\square\square\square$,各方框内需填非 $8$ 的数字。
乘法竖式数字谜进位与借位分析枚举与试验验证
答案
见竖式($978\times 85$)
解题步骤
给空格处标上字母,$\overline{ab}8\times 8=\overline{g8hi}<8000$,所以可以得出 $g=7$,那么 $a=9$,进而得到 $b$ 只能为 $7$。$978\times 8=7824$,$978\times c=\overline{d8ef}$,经试算得只有 $c=5$ 时才能满足要求,所以可以得出以下竖式:$978\times 85$,部分积为 $4890$ 与 $7824$,乘积为 $83130$。
思路:对竖式各空格设字母,利用乘积位数与“不是8”的限制逐步确定每位数字。
13. 在下图方框中填入适当的数字使竖式成立,其中较大的乘数为 ______。
figure
乘法竖式:上面的乘数为三位数 $\square\square\square$,下面的乘数为三位数 $\square\square\square$,三个部分积分别为 $\square\square 2$、$\square\square\square 3$、$\square\square 4$(个位依次为 $2$、$3$、$4$),最终乘积形如 $\square 6\square\square\square$。
乘法竖式数字谜进位与借位分析枚举与试验验证
答案
$296$
解题步骤
设上面的乘数是 $\overline{abc}$,下面的乘数是 $\overline{def}$,已知 $\overline{abc}$ 和 $d$、$e$、$f$ 的乘积的个位分别是 $4$、$3$、$2$,可以推出 $c$ 一定是奇数,$c=1$、$3$、$5$、$7$、$9$,首先排除 $5$,接着根据个位逐一分析:①当 $c=1$ 时,$1\times 2=2$,$1\times 3=3$,$1\times 4=4$,但是 $\overline{ab1}\times 3$ 为四位数,$\overline{ab1}\times 4$ 却是三位数,所以排除;②当 $c=3$ 时,$3\times 4=12$,$3\times 1=3$,$3\times 8=24$,但是 $\overline{ab3}\times 1$ 为四位数,$\overline{ab3}\times 8$ 却是三位数,所以排除;③当 $c=7$ 时,$7\times 6=42$,$7\times 9=63$,$7\times 2=14$,符合要求。④当 $c=9$ 时,同理可以排除。所以 $\overline{def}=296$,又 $\overline{abc}\times 6$ 是三位数,所以 $\overline{abc}\leqslant 166\leqslant 296$,则较大的乘数是 $296$。
思路:由各部分积的个位确定被乘数个位的可能值,再逐一枚举验证并比较两个乘数的大小。
14. 在下面的算式中,$a$、$b$、$c$ 分别代表 $0\sim 9$ 中的三个不同的数字,那么,数字 $b$ 是 ______。 $$\overline{abc}\times\overline{cba}=\overline{acbba}$$
乘法竖式数字谜字母(文字)算式进位与借位分析
答案
$b=0$
解题步骤
首先列成竖式。由 $\overline{cba}\times c$ 的个位数字为 $a$,及 $\overline{cba}\times a$ 是一个三位数,得 $a\times c=a$,因此 $c=1$,即乘法竖式变为 $\overline{ab1}\times\overline{1ba}$。由于乘积的千位数字是 $1$,且 $c=1$,所以 $b=0$,即乘法竖式变为 $\overline{a01}\times\overline{10a}$,因此 $a\times a=n$
$=9$,即 $a=3$,$103\times 301=31003$。
思路:由竖式各位的乘积关系先确定 $c=1$,再由千位推出 $b=0$,最后确定 $a$。
15. 电子数字 $0\sim 9$ 如图 $1$ 所示,图 $2$ 是由电子数字组成的乘法算式,但有一些模糊不清,请将图 $2$ 的电子数字恢复,并将它写成横式形式:______。
figure
图1为电子(数码管)形式的数字 $0$ 至 $9$ 的样式;图2为由电子数字组成的两位数乘以一位数的乘法竖式,部分数码管笔画模糊不清需要恢复。
乘法竖式数字谜枚举与试验验证
答案
$28\times 8=224$
解题步骤
被乘数的十位数字只可能是 $2$、$6$、$8$;被乘数的个位数字只可能是 $1$、$2$、$3$、$4$、$7$、$8$、$9$、$0$;乘数只可能是 $2$、$6$、$8$;积的百位数字只可能是 $2$ 或 $8$;十位数字只可能是 $2$、$3$、$5$、$6$、$8$、$9$;个位只可能是 $1$、$3$、$4$、$7$、$8$、$9$、$0$。显然,积的百位数字是 $8$ 时,不成立。当积的百位数字是 $2$ 时,乘数只能是 $6$ 或 $8$,逐一试算,得 $28\times 8=224$。
思路:先根据电子数字可能的字形列出各数位的候选数字,再逐一试算找到使竖式成立的算式。
16. 下面的算式中,每个汉字代表 $0\sim 9$ 中的一个数字,相同汉字代表相同数字,不同汉字代表不同数字。美$+$妙$+$数$+$学$+$花$+$园$=$ ______。
figure
乘法竖式:被乘数为四位数“美妙数学”,乘数为两位数“花园”,第一部分积为“数学真美妙”,第二部分积为 $42380$,最终乘积为六位数“5好好好美妙”。
乘法竖式数字谜字母(文字)算式进位与借位分析
答案
$39$
解题步骤
从式中可以看出“花”$\times$“学”的乘积末位为零,故“花”与“学”之中必有一个为数字 $0$ 或 $5$。当“学”是 $0$ 或 $5$ 时,由下面一列中的“学”、“习”、“好”,加“好”为“$3$”或“$4$”,则“数”取 $0\sim 9$ 中的任何一个数字也不行,同样“学”也不是 $5$,而“花”不能是 $0$,所以“花”为数字 $5$,则可以逆向计算出:美妙数学 $=42380\div 5$
$=8476$,故“美”$=8$,“妙”$=4$,“数”$=7$,“学”$=6$。再看下面的加法,可推出“真”$=2$,所以再次逆推“园”$=76284\div 8476$
$=9$。符合题意,假设成立,因此:美$+$妙$+$数$+$学$+$花$+$园 $=8+4+7+6+5+9$
$=39$。
思路:由部分积末位为零推断“花”或“学”取0或5,再结合各位乘积与加法的进位逐步确定每个汉字。

第18讲 幻方与数阵图

幻方:在 n×n 方格中填数使每行、每列及两条对角线上各数之和相等;核心是幻和等于中心数的 n 倍,以及关于中心对称的数对之和相等。
幻和与中心数:三阶幻方中每条线之和(幻和)等于中间数的 3 倍,常用于由已知数求中心数或反求未知格。
乘法幻方:每行、每列及对角线上三数之积都相等的方阵,借助乘除关系逐格推算。
数阵图:把给定的数填入圆圈,使每条直线(边)上数之和相等;常用整体求和法,注意重复计数的圆圈。
整体求和与重复计数:将所有直线之和相加,被多次经过的圆圈会被重复计算,由此建立总和关系求相等的和或顶点和。
数字谜与逻辑推理:字母代表互不相同的数字,结合加减乘除及整除关系逐步排除、推断出各字母的值。
立体与连通数阵:正方体顶点填数使各面之和相等,或连通块填数等变式问题,需结合对称性与几何约束分析。
最值与构造:在满足填数条件下求某些数之和的最大(小)值,常用奇偶分析与具体构造验证可达。
1. 在幻方中,每行、每列和每条对角线上的数的和都相同,那么在下图所示的未完成的幻方中 $x$ 应该是________.
figure
一个 $3\times3$ 的方格幻方:第一行第一格为 13;第二行第一格为 5,第三格为 15;第三行第一格为 $x$,其余格为空。
幻方幻和的求法对角线性质
答案
12
解题步骤
正中间填 $(5+15)\div2=10$.那么幻和为 $10\times3=30$.所以 $x=30-13-5$
$=12$.
思路:先用同一行(列)中已知的两个数确定中心数,再由幻和等于中心数的3倍求出 $x$.
2. 幻方是将 $n^{2}$ 个数(不重复)排列成纵、横各有 $n$ 个数的方阵,使每行、每列和两条对角线上 $n$ 个数相加的和都相等.请问下图 $3\times3$ 的幻方中 $x$ 是多少?
figure
一个 $3\times3$ 的方格幻方:第一行依次为 $x$、35、89;第二行第一格为 1,其余格为空;第三行全为空。
幻方幻和的求法中心数
答案
194
解题步骤
左下角的数为 $35+89-1=123$.
所以中间的数为 $(123+89)\div2=106$
故幻和为 $106\times3=318$
所以 $x=318-35-89$
$=194$.
思路:利用对角线与已知数先求出某个角的数,再求出中心数得到幻和,最后求 $x$.
3. 在下图所示的○内填入不同的数,使得三条边上的三个数的和都是 $12$,若 $A$、$B$、$C$ 的和为 $18$,则三个顶点上的三个数的和是________.
figure
一个三角形数阵:三个顶点各有一个圆圈(空),三条边的中点处分别有圆圈,左边中点为 $A$,右边中点为 $B$,底边中点为 $C$,相邻圆圈用线段相连。
数阵图三角形数阵整体代换
答案
9
解题步骤
设三个顶点为 $D$、$E$、$F$.
观察容易发现,三条边的和为 36
即 $D+A+E+E+C+F+F+B+D=36$
$18+2(D+E+F)=36$
所以 $D+E+F=9$.
思路:把三条边的和相加,每个顶点被算两次,中点各算一次,由总和减去中点之和的两倍即得顶点之和。
4. 下图 $3\times3$ 正方形的每个方格内的字母都代表一个数,已知其每行、每列以及两条对角线上三个数之和都相等.若 $a=4$,$d=19$,$l=22$,那么 $b=$________,$h=$________.
figure
一个 $3\times3$ 的方格,第一行依次为 $a$、$b$、$c$;第二行为 $d$、$e$、$f$;第三行为 $g$、$h$、$i$。
幻方等和性质代数推理
答案
$b=25$,$h=1$
解题步骤
由 $h+l=a+d$ 得 $h=1$,$b+h=a+l$,$b+1=4+22$,所以 $b=25$.
思路:利用幻方中相对位置上数对的和相等的关系,由已知三数解出 $b$ 与 $h$。
5. 在图1、图2的空格中分别填入适当的数,使得横、竖、对角线上的三个数之和都相等.那么图1、图2中"?"处的数字分别为多少?
figure
左图(图1)为 $3\times3$ 方格:第一行第一格为 8、第三格为 "?";第二行第一格为 11;第三行第三格为 12。右图(图2)为 $3\times3$ 方格:第一行第三格为 "?";第二行第一格为 9;第三行第二格为 3。
幻方数阵图幻和
答案
图1:9;图2:6
解题步骤
在幻方中,有重要结论:每一行之和或每一列之和或对角线之和均为中间方格数的 $3$ 倍.
(1)给下图中空白处标上字母.$8+12+a=11+a+b$,则 $b$ 应为:$8+12-11=9$.
则 $a+20=3a$.所以 $a=10$.每行每列每条对角线上的和是 $30$,对应的 "?" 处应填 $30-12-9=9$.
(2)给下图中空白处标上字母.
根据幻方的性质有 $2\times?=3+9$,所以 "?" 处应填 $6$.
思路:利用幻方中幻和等于中心数3倍、且关于中心对称的两数之和相等的性质,逐步求出问号处的数。
6. 在下图中每个小方格中填入一个数,使每一行每一列都有 $1$、$2$、$3$、$4$、$5$,那么,右上角小方格内填入的数字 $x$ 应该是________.
figure
一个 $5\times5$ 方格:第一行为 _、5、4、_、$x$;第二行为 1、3、_、_、_;第三行为 _、_、5、3、_;第四行为 2、_、3、1、_;第五行全空。
拉丁方数独唯一性推理
答案
1
解题步骤
每一行每一列中 $1$、$2$、$3$、$4$、$5$ 分别出现 $1$ 次,从左到右来看,第一行的第一个数不能填 $1$,第 $4$ 个数也不能填 $1$,所以 $x=1$.
思路:利用每行每列数字 1-5 各出现一次的限制,通过排除法确定右上角格中只能填 1。
7. 下图是一个 $3\times3$ 幻方,满足每行、每列及两条对角线上三数之和都相等,那么其中"★"代表的数是________.
figure
一个 $3\times3$ 方格幻方:第一行依次为 ★、8、10;第二行第一格为 2;其余格为空。
幻方幻和的求法代数推理
答案
21
解题步骤
由下图知,$2+a=8+10$,所以 $a=16$,又 $8+b=2a$,得 $b=24$,同理 $2+8=2c$,$c=5$,★$+5=10+16$,所以★$=21$.
思路:设若干未知格为字母,利用幻方各线之和相等列方程,逐步解出★所在格的数。
8. 下边的一排方格中,除 $9$、$8$ 外,每个方格中的汉字都表示一个数(不同的汉字可表示相同的数),已知任意相连 $3$ 个连续方格中的数加起来都等于 $22$,则"走"$+$"进"$+$"数"$+$"学"$+$"花"$+$"园"$=$________.
figure
一排 8 个方格,从左到右依次填:走、进、9、数、学、花、8、园。
周期填数连续和性质代数推理
答案
40
解题步骤
$9+$ 数 $+$ 学 $=$ 数 $+$ 学 $+$ 花,所以 花 $=9$;
同理,走 $=$ 数 $=8$
进 $=$ 学 $=$ 园 $=22-9-8$
$=5$
综上,走 $+$ 进 $+$ 数 $+$ 学 $+$ 花 $+$ 园 $=8+5+8+5+9+5$
$=40$.
思路:利用每相连三格之和相等可推出相隔三格的数相同,从而求出各汉字代表的数并求和。
9. 所谓"三阶乘法幻方"是指在 $3\times3$ 的方格中填入 $9$ 个不等于 $0$ 的整数,使每行、每列及每条对角线上的三个数之积都相等.请将下图的"乘法幻方"补充完整,则其中"$x$"所代表的数是________.
figure
一个 $3\times3$ 方格乘法幻方:第一行为 20、_、$x$;第二行为 16、_、_;第三行为 _、4、_。
乘法幻方积相等性质约数与乘除
答案
8
解题步骤
第 $3$ 行第 $3$ 列的数为 $20\times16\div4=80$,第 $2$ 行第 $3$ 列的数为 $80\times20\div16=100$,第 $1$ 行第 $2$ 列的数为 $100\times80\div20=400$,所以由 $20\times400x=16\times100\times$ 第 $2$ 行第 $2$ 列的数 $=4\times80\times$ 第 $3$ 行第 $1$ 列的数,得到第 $2$ 行第 $2$ 列的数 $=5x$,第 $3$ 行第 $1$ 列的数 $=25x$,这样就有 $20\times400x=x\times5x\times25x$,故 $20\times400=5x\times25x$,解得 $x=8$.
思路:利用乘法幻方中每行每列每条对角线三数之积相等的性质,逐格用乘除关系推出各数,最后求 $x$。
10. 将 $1$ 至 $8$ 这八个自然数分别填入下图中的正方体的八个顶点上的○内,并使每个面上的四个○内的数字之和都相等.求与填入数字 $1$ 的○内有线段相连的三个○内的数的和的最大值.
figure
一个正方体的立体图,八个顶点处各有一个○圆圈,正方体的棱用实线或虚线表示。
立体数阵正方体顶点填数最值
答案
21
解题步骤
如下图所示,因为 $1$ 到 $8$ 的和为 $36$,而上面四个数的和等于下面四个数的和,所以都为 $18$.因为每个面的数字和相等,所以一个面上应当大小数搭配,也就是说,和最小的数字 $1$ 在同一个面上的应该有较大的数.尝试最大的三个数 $8$、$7$、$6$,则和 $1$、$8$、$7$ 在同一个面上的数应该是 $18-1-8-7=2$,和 $1$、$8$、$6$ 在同一个面上的数应该是 $18-1-8-6=3$,和 $1$、$7$、$6$ 在同一个面上的数应该是 $18-1-7-6=4$,剩下一个 $5$ 填在剩下的○中,经检验,符合题意.$8+7+6=21$.
思路:利用正方体每个面四数之和相等可得相对顶点数对之和相等,从而使与 1 相邻的三数尽可能大,求出最大值 21。
11. 将从 $8$ 开始的 $11$ 个连续自然数填入下图中的圆圈内,要使每边上的三个数之和都相等,中间数共有________种填法.
figure
一个五角星(放射)状数阵:中心一个圆圈,向五个方向各伸出两个相连的圆圈,共 11 个圆圈。
数阵图放射数阵枚举计数
答案
3
解题步骤
设中间的数为 $a$,则除去 $a$ 后剩下的所有数的和为 $(8+9+10+\cdots+18)-a=143-a$ 由题意可知和必为 $5$ 整除,因此 $a$ 只能为 $8$,$13$ 或 $18$,所以共有 $3$ 种填法.
思路:用边上各数之和相等列出含中心数的关系式,由被 5 整除的条件确定中心数的可能取值,得到 3 种填法。
12. 将 $1\sim12$ 这十二个自然数分别填入下图中的 $12$ 个圆圈内,使得每条直线上的四个数之和都相等,这个相等的和为________.
figure
一个六角星(两个交叠三角形)数阵:每个三角形的边经过 4 个圆圈,共 12 个圆圈,相邻圆圈用线段相连。
数阵图六角星数阵整体求和
答案
26
解题步骤
由每条直线上四个数相加,相当于每个圆圈中的数算了两次,和为 $2\times(1+2+\cdots+12)=156$,另一方面,这正是每条直线上四个数之和的 $6$ 倍,所以相等的和为 $156\div6=26$.
思路:将所有直线之和相加,每个圆圈恰被算两次,从而由总和的两倍除以直线条数得到相等的和。
13. 麦斯将 $9$ 个不同的自然数填入下图的 $9$ 个空格内,使每行、每列和每条对角线上 $3$ 个数的和都相等.已知 $A$ 和 $B$ 的差为 $14$,$B$ 和 $C$ 的差也为 $14$,那么 $D$ 和 $E$ 的差是________.
figure
一个 $3\times3$ 方格:第一行第一格为 $A$、第三格为 $D$;第二行第一格为 $B$、第三格为 $E$;第三行第二格为 $C$。
幻方等差关系对称性质
答案
49
解题步骤
根据幻方性质,$2A=C+E$,$2D=B+C$,因为 $B$ 和 $C$ 的差为 $14$,则 $B$ 与 $D$、$C$ 构成公差为 $7$ 的等差数列,$D$ 为等差中项,$A$ 和 $B$ 的差为 $14$,则 $A$ 和 $C$ 的差为 $28$,$C$、$A$、$E$ 构成公差为 $28$ 的等差数列,$A$ 为等差中项,$A$、$B$、$C$ 构成公差为 $14$ 的等差数列,$B$ 为等差中项,故 $C$ 和 $E$ 差 $56$.而五个数按照排序排列应为 $E$、$A$、$B$、$D$、$C$,所以 $D$ 和 $E$ 的差是 $56-7=49$.
思路:由幻方关于中心对称两数与中心数成等差的性质,将各数排成等差数列,求出 $D$ 与 $E$ 之差。
14. 将 $1\sim8$ 这 $8$ 个自然数分别填入下图所示中的 $8$ 个圆圈,使得数阵中各条直线上的三个数之和都相等,那么 $A$ 和 $B$ 两个圆圈中所填的数之差(大数减小数)是________.
figure
一个数阵:上方一个圆圈 $a$,中部为含 $A$ 的若干圆圈,下部为含 $B$ 的圆圈,各圆圈用线段连成若干条直线。
数阵图直线和相等整体代换
答案
4
解题步骤
用字母来表示各个圆圈中的数字,设各条直线上的三个数之和都为 $s$,那么,$a+b+c+d+e+f=2s$,$a+A+e+b+A+d+c+B+f=3s$,所以 $2A+B=s$,$a+b+c+d+e+f+A+B=2s+A+B$
$=5A+3B$,而 $a+b+c+d+e+f+A+B=1+2+\cdots+8$
$=36$,所以 $5A+3B=36$,那么 $A$ 是 $3$ 的倍数.如果 $A=3$,得 $B=7$;如果 $A=6$,得 $B=2$,这两种情况下 $A$ 和 $B$ 的差都为 $4$,所以 $A$ 和 $B$ 两个圆圈中所填的数之差(大数减小数)是 $4$.
思路:用直线和相等列出关于 $A$、$B$ 的方程,结合 $A$ 为 3 的倍数枚举求得两数之差恒为 4。
15. 在下图的每个圆圈中,各填入一个不为 $0$ 的数字,使得所有有线段连接的相邻两个圆圈内数的差至少为 $2$,且每个数字都恰好出现两次.那么 $A\times B$ 的值是________.
figure
一个菱形网格数阵:顶部一行两个圆圈中含 4 与 1,下方含 $A$ 的圆圈与 $B$ 的圆圈等,相邻圆圈用线段连接,已部分给出数字 4、1、8、4、2、5 等。
数阵图相邻差约束逻辑推理
答案
18
解题步骤
如图1,由条件知,$F$ 为 $1$ 或 $2$,则 $E$ 必为 $6$,$A$ 只能是 $1$ 或 $2$,可得 $C$ 为 $9$,$D$ 为 $3$(如图2).$I$ 为 $5$ 或 $6$,若 $B$ 为 $7$,则 $I$、$G$、$H$、$J$、$K$ 都不能填 $6$,所以 $B$ 只能为 $9$,$G$、$K$ 为 $7$,$H$ 为 $3$,$F$ 为 $1$,$A$ 为 $2$.$A\times B=2\times9$
$=18$.完整填法如图3.
思路:依据相邻差至少为 2 且每个数字恰出现两次的限制逐步推断各圆圈数字,求出 $A\times B$。
16. 从 $1$,$2$,$3$,$\cdots$,$20$ 这 $20$ 个数中选出 $9$ 个不同的数填入 $3\times3$ 的方格表中,使每行、每列、每条对角线上的三个数的和都相等.这 $9$ 个数中最多有________个质数.
幻方质数奇偶分析
答案
7
解题步骤
由奇偶性,若要用 $2$,则最多 $6$ 个奇数,要有 $3$ 个偶数,则最多只有 $7$ 个质数;若不用 $2$,则 $1\sim20$ 之间最多也还剩 $7$ 个质数,所以答案最大为 $7$;构造 $7$ 个质数,只需用 $3$、$5$、$7$、$9$、$11$、$13$、$15$、$17$、$19$ 这 $9$ 个连续奇数即可(见下表).
思路:通过奇偶分析确定幻方中最多能放入的质数个数,再构造满足条件的填法验证可取到 7 个质数。
17. 在下图的空格中填上不同的自然数,使每行、每列和两条对角线的四个数之和都等于 $264$,求 $A+B-C+D+E-F+G-H$ 的和是多少?
figure
一个 $4\times4$ 方格:第一行为 68、89、$A$、96;第二行为 $B$、91、$C$、88;第三行为 99、$D$、$E$、$F$;第四行为 $G$、$H$、98、19。
四阶幻方等和性质代数求值
答案
16
解题步骤
由题意可知,$68+89+A+96=264$,则 $A=11$
$19+88+F+96=264$,则 $F=61$
$68+91+E+19=264$,则 $E=86$
$99+D+E+F=264$,则 $D=18$
$89+91+D+H=264$,则 $H=66$
$G+H+98+19=264$,则 $G=81$
$G+D+C+96=264$,则 $C=69$
$B+91+C+88=264$,则 $B=16$
$A+B-C+D+E-F+G-H$
$=16$.
思路:利用每行每列与对角线四数之和均为 264,逐个解出各字母代表的数,再代入表达式求值。
18. $A$、$B$、$C$、$D$、$E$、$F$、$G$、$H$、$M$ 各代表一个互不相同的非零数字,其中 $A+B=14$,$M\div G=M-F=H-C$,$D\times F=24$,$B+E=16$,那么 $H$ 代表________.
数字谜整除关系逻辑推理
答案
4
解题步骤
$B+E=16$,所以 $B$、$E$ 为 $7$ 和 $9$,$A+B=14$,所以 $A$、$B$ 为 $6$ 和 $8$ 或 $5$ 和 $9$,综上 $A=5$,$B=9$,$E=7$,$D\times F=24$,所以 $D$、$F$ 为 $3$ 和 $8$ 或 $4$ 和 $6$,因为 $M\neq9$,所以 $F$ 只能为 $3$、$4$、$6$,易知 $F=4$、$6$ 不成立,$F=3$,$M=6$,$G=2$,$H=4$,$C=1$.
思路:由各等式逐步确定每个字母可能取的数字,利用互不相同与整除关系排除,求出 $H$。
19. 如下图所示,$A$、$B$、$C$、$D$、$E$、$F$、$G$、$H$、$I$、$J$ 表示 $10$ 个各不相同的数字.表中的数为所在行与列对应字母的和,例如"$G+C=14$".请你求出表中其他的数全部填好.
figure
一个加法表:列标题为 $+$、$A$、$B$、$C$、$D$、$E$;行标题为 $F$、$G$、$H$、$I$、$J$。已给出 $F$ 行 $A$ 列为 5、$B$ 列为 14;$G$ 行 $C$ 列为 14;$H$ 行 $C$ 列为 7;$I$ 行 $D$ 列为 7、$E$ 列为 6。
数字谜加法表逻辑推理
答案
见解析
解题步骤
由题意知:$A+F=5$,$B+F=14$,$C+G=14$,$C+H=7$,$D+I=7$,$E+I=6$,$A$ 到 $J$ 是 $0\sim9$ 的数字,结合前面两个算式可知 $F=5$,$B=9$,$A=0$,再考虑第三个算式和第四个算式,可以知道 $C=6$,$G=8$,$H=1$;继续考虑最后两个算式,可得 $I=4$,$D=3$,$E=2$.那么 $J=7$,将其他数填好即可(见上图).
思路:把加法表中已知格写成对应字母之和的方程,结合 0-9 各数字互不相同的条件逐步解出全部字母。
20. 将 $1$,$2$,$3$,$\cdots$,$15$,$16$ 填入下图的 $16$ 个方格中,并满足下列条件.$(1)A+C+F=10$;$(2)B+H=R$;$(3)D-C=13$;$(4)E\times M=126$;$(5)F+G=21$;$(6)G\div J=2$;$(7)H\times M=36$;$(8)J\times P=80$;$(9)K-N=Q$.那么 $L=$________.
figure
一个 $4\times4$ 方格:第一行 $A$、$B$、$C$、$D$;第二行 $E$、$F$、$G$、$H$;第三行 $J$、$K$、$L$、$M$;第四行 $N$、$P$、$Q$、$R$。
数字谜整除与乘积逻辑推理
答案
6
解题步骤
由 $J\times P=80$,所以 $J=10$ 或 $8$ 或 $16$ 或 $5$.根据 $G\div J=2$,$J$ 不能是 $10$ 和 $16$,如果 $J$ 是 $8$,$G$ 是 $16$,如果 $J$ 是 $5$,$G$ 是 $10$,因为 $A+C+F=10$,$F+G=21$,所以 $G$ 大于 $11$,所以 $J=5$,$G=10$.$H\times M=36$ 中,$H$、$M$ 应是 $3$ 和 $12$ 或者 $4$ 和 $9$,$E\times M=126$,$E$、$M$ 应是 $9$ 和 $14$,于是 $M=9$,$E=14$,$H+L+C+F=10$,所以 $A+C=5$,$A$、$C$ 应该是 $1$ 和 $4$ 或者 $2$ 和 $3$,但是 $H=4$ 所以 $A$、$C$ 应该是 $2$ 和 $3$,$D-C=13$ 所以 $C$ 不能等于 $3$,$C$ 应该是 $2$,$D=15$,现在还没有填的数有 $1$、$6$、$7$、$11$、$12$、$13$,$B+4=R$,那么就只能是 $7+4=11$,于是 $B=7$,$R=11$,因为还有 $K-N=Q$ 只有可能是 $13-1=12$ 或者 $13-12=1$,那么最后剩下的 $L$ 一定是 $6$.
思路:对每个乘除条件枚举可能值并结合互不相同的限制逐格排除,最终确定 $L=6$。
21. 如下图所示,在每个圆圈中填入一个数,使每条直线上所有圆圈中数的和都是 $234$,那么,标有★的圆圈中所填的数是________.
figure
一个三角形数阵:以三角形三顶点和内部若干点为圆圈,含一个标有★的圆圈,各圆圈用线段连成若干条直线。
数阵图直线和相等整体代换
答案
78
解题步骤
如下图所示,将一部分圆圈中的数用字母标出,标有★的圆圈中所填的数设为 $x$,则有 $a+b+e=d+c$
$=234$,$a+x+d=x+c+e$
$=b+x$
$=234$,可知 $a+b+e+d+c=234+234$,所以 $3x=234$,$x=78$.
思路:利用各条直线和都等于 234,通过适当组合方程消去其他字母,求出★所代表的数。
22. 如下表所示,将 $1$ 个 $1$,$2$ 个 $2$,$3$ 个 $3$,$\cdots$,$7$ 个 $7$,$8$ 个 $8$ 填入 $6\times6$ 的表格中,使得相同的数所在方格都连在一起(相邻的两个方格必须有公共边);并且已知 $A$,$B$,$C$,$D$,$E$,$F$ 各不相同!那么,六位数 $\overline{ABCDEF}$ 是________.
figure
一个 $6\times6$ 方格表:第一行第一格为 5;第二行为 $A$、$B$、$C$、$D$、$E$、$F$;第三行第三、四格为 1、2;第四行第三、四格为 3、4;第五行全空;第六行第一格为 7、第六格为 8。
数字谜连通块填数逻辑推理
答案
576248
解题步骤
在 $A$,$B$,$C$,$D$,$E$,$F$ 中没有 $1$ 和 $3$,所以只能就剩下的 $6$ 个数字 $2$,$4$,$5$,$6$,$7$,$8$,易知,$D$ 是 $2$,$E$ 是 $4$,$A$,$B$,$C$ 不可能是 $8$,所以 $F$ 为 $8$!$F$ 是 $8$,$C$ 只能是 $5$ 或 $6$,经尝试 $C=6$,$A=5$,$B=7$,六位数 $\overline{ABCDEF}$ 为 $576248$.
思路:根据相同数字方格须连通的要求确定各格可填的数字,结合互不相同的条件确定六位数。

第19讲 抽屉原理

抽屉原理(基本形式):把多于 $n$ 个物体放入 $n$ 个抽屉,则至少有一个抽屉中含有不少于 2 个物体;这是保证“至少有 2 个相同”的基础。
抽屉原理(推广形式):把多于 $m\times n$ 个物体放入 $n$ 个抽屉,则至少有一个抽屉中含有不少于 $m+1$ 个物体,用于求“保证某情况至少出现 $k$ 次”所需的最小数量。
构造抽屉(分类):解题关键在于合理设计抽屉:按颜色、按余数、按数值范围、按组合情况等分类,使物体落入恰当的抽屉。
最不利原则:求“至少取多少个才能保证……”时,先考虑最坏情况(恰好凑不出目标的最多取法),再加 1 即得答案。
保证问题与存在性:区分“至少有……”的存在性结论与“至少取多少能保证……”的最值结论,分别用抽屉原理与最不利原则求解。
组合计数构造抽屉:当“相同”指多种属性组合相同时,用组合数 $C_n^k$ 统计不同情况数作为抽屉个数,再套用抽屉原理。
1. 某校六年级有 3 个班,在一次数学竞赛中至少有________人获奖才能保证在获奖的同学中一定有 4 名学生同班。
抽屉原理(推广形式)构造抽屉(分类)
答案
10
解题步骤
根据抽屉原理,$3\times3+1=10$。
思路:把 3 个班看作 3 个抽屉,要保证某个抽屉至少 4 人,由抽屉原理推广形式,取 $3\times3+1=10$ 人。
2. 某超级市场有 128 箱苹果,每箱至少有 120 个,至多有 144 个,装苹果个数相同的箱子称为一组,其中数量最多一组的箱子个数为 $n$。那么 $n$ 的最小值是________。
抽屉原理(推广形式)构造抽屉(分类)
答案
6
解题步骤
$144-120+1=25$ 种情况,$128\div25=5\cdots\cdots3$,$n$ 的最小值为 $5+1=6$。
思路:苹果个数从 120 到 144 共 25 种,作为 25 个抽屉;128 箱按抽屉原理 $128\div25=5\cdots3$,故最多一组至少 $5+1=6$ 箱。
3. 有 61 只乒乓球,将它们放在 20 个盒子中,不允许有空盒子,每个盒子里最多放 5 只乒乓球,那么最少有________个盒子里的乒乓球数量相同。
抽屉原理(推广形式)构造抽屉(分类)
答案
5
解题步骤
$1+2+3+4+5=15$,$61\div15=4\cdots\cdots1$,$4+1=5$。
思路:盒子内球数只能取 1~5 五种,每种取尽量少(各不超过 4 次)的极限和为 15,由 $61\div15=4\cdots1$ 知至少有 $4+1=5$ 个盒子球数相同。
4. 一副扑克牌有 54 张,最少要抽取几张牌,方能使其中至少有 2 张牌有相同的点数?
最不利原则构造抽屉(分类)
答案
16
解题步骤
如果不算大、小王,每个花色 13 张牌,只需 14 张便一定有两张相同点数的牌,加上大、小王,则需要 16 张牌。
思路:按点数分类,每种点数 4 张共 13 种点数(不含大小王),最坏取满 13 种各 1 张再加大小王共 15 张仍无重复,故 $15+1=16$ 张保证有 2 张同点数。
5. 一副扑克牌有四种花色,每种花色有 13 张,从中任意抽牌。问:最少要抽多少张牌,才能保证有 4 张牌是同一花色?
最不利原则构造抽屉(分类)
答案
13
解题步骤
四种花色每种花色 13 张,因此共 52 张,每种花色各选 3 张,一共 12 张,可见抽 12 张牌不能保证有 4 张牌是同一花色。
如果抽 13 张牌,由于花色只有 4 种,其中必有一种多于 3 张,即必有 4 张牌同一花色。
思路:按 4 种花色分类作 4 个抽屉,最坏每种取 3 张共 12 张仍不足 4 张同色,再多取 1 张必使某花色达 4 张,故为 $4\times3+1=13$ 张。
6. 有一叠包含 20 张红色、20 张黄色、20 张绿色及 10 张蓝色的纸牌。请问至少要抽取多少张纸牌,才能保证其中有 12 张纸牌的颜色相同?
最不利原则构造抽屉(分类)
答案
44
解题步骤
考虑最不利的情况,$11+11+11+10+1=44$。
思路:按 4 种颜色分类,最坏情况红黄绿各取 11 张、蓝色只有 10 张全取,共 43 张仍无 12 张同色,再取 1 张必凑足,故 $11+11+11+10+1=44$。
7. 袋子里有 18 个大小相同的彩色珠,其中红珠有 3 个、黄珠有 5 个、绿珠有 10 个。现在要一次从袋中取出若干个珠,使得这若干个珠中至少有 5 个珠是同色的,那么从袋中一次取出球的个数至少是________。 A. 5 个 B. 8 个 C. 12 个 D. 13 个
最不利原则构造抽屉(分类)
答案
C
解题步骤
考虑最不利情况,$3+4+4+1=12$。
思路:按颜色分类,最坏情况红珠 3 个全取、黄绿各取 4 个共 11 个仍无 5 个同色,再取 1 个必有某色达 5 个,故 $3+4+4+1=12$ 个,选 C。
8. 口袋里有 70 只球,其中 20 只是红球,20 只是绿球,20 只是黄球,其余的是白球和黑球,任意从中取出________只球,才确保取出的球中至少有 10 只同色的球。
最不利原则构造抽屉(分类)
答案
38
解题步骤
考虑最不利情况,$9+9+9+10+1=38$。
思路:按颜色分类,红绿黄各最多取 9 个,白黑共 10 只可全取,最坏共 37 只仍无 10 只同色,再取 1 只必凑足,故 $9+9+9+10+1=38$。
9. 一个不透明的袋中放有黑、黄、红、绿颜色的手套各 8 只,不许用眼看,则至少要从袋中取出________只手套才能保证配成 5 双(一双是指同颜色的两只手套,不分左右手)。
最不利原则构造抽屉(分类)
答案
13
解题步骤
考虑最不利情况,$3\times4+1=13$(只)。
思路:要配成 5 双(10 只成对),最坏情况是 4 种颜色各取奇数只使配对最少,取满后再多取 1 只,按 $3\times4+1=13$ 只可保证。
10. 从 1 到 20 中,最多能取________个数,使任意两个数不是 3 倍关系。
构造抽屉(分类)保证问题与存在性
答案
16
解题步骤
按照 3 倍关系分组。$(1,3,9)$、$(2,6,18)$、$(4,12)$、$(5,15)$、$(7)$、$(8)$、$(10)$、$(11)$、$(13)$、$(14)$、$(16)$、$(17)$、$(19)$、$(20)$ 共 14 组,从第一组和第二组中最多可以取两个数,剩下每组中最多取一个数,所以最多可以取 $2+2+12=16$(个)数使得任意两个数没有 3 倍关系。
思路:把 1~20 按互成 3 倍关系串成若干链,链内不能同时取相邻两数;统计各链可取的最大独立个数之和即得 16。
11. 新年晚会上,老师让每位同学从一个装有许多玻璃球的口袋中摸两个球,这些球给人的手感相同,只有红、黄、白、蓝、绿五色之分(摸时,看不到颜色),结果发现总有两个人取的球相同,由此可知,参加取球的至少有________人。
抽屉原理(基本形式)组合计数构造抽屉
答案
16
解题步骤
分两球同色和异色两种情况,共有 $C_5^2+C_5^1=15$(种)情况,$15+1=16$。
思路:摸两球的不同结果分同色 $C_5^1$ 种与异色 $C_5^2$ 种,共 15 种作为抽屉,要保证有两人相同,由抽屉原理取 $15+1=16$ 人。
12. 有红、黄、蓝、白、黑五种形状大小完全一样的小球若干,每人必须从这 5 种中选 3 只小球,要使有两人得到球的颜色完全一样,至少有________人参加选球。
抽屉原理(基本形式)组合计数构造抽屉
答案
36
解题步骤
分所选 3 个球同色、两种颜色、三种颜色三种情况,共有 $C_5^1+2C_5^2+C_5^3=35$(种)情况,$35+1=36$。
思路:选 3 球的不同颜色组合按用到 1、2、3 种颜色分类计数共 35 种作为抽屉,要保证两人相同,取 $35+1=36$ 人。
13. 有足够多的苹果、橘子、香蕉三种水果,最少要分成________堆(每堆都有苹果、橘子和香蕉三种水果),才能保证找得到这样的两堆:把这两堆合并后这三种水果的个数都是偶数。
抽屉原理(基本形式)构造抽屉(分类)
答案
9
解题步骤
两堆合并后三种水果的个数都是偶数,则合并前的,这两堆三种水果的个数奇偶性相同,对于一堆水果,按每种水果的奇偶性分类,有 $2\times2\times2=8$(种)情况,$8+1=9$。
思路:每堆三种水果各自奇偶共 $2^3=8$ 种奇偶型作为抽屉,两堆合并各数为偶等价于奇偶型相同,由抽屉原理取 $8+1=9$ 堆。
14. 一个盒子里面装有标号为 1 到 100 的 100 张卡片,某人从盒子里随意抽取卡片,如果要求取出的卡片中至少有两张标号之差为 5,那么此人至少需要抽出________张卡片。
最不利原则构造抽屉(分类)
答案
51
解题步骤
考虑最不利情况,取 $(1,2,3,4,5)$、$(11,12,13,14,15)$、$(21,22,23,24,25)$、……、$(91,92,93,94,95)$ 共 50 个数,然后再随便取一个,就会出现标号之差为 5 的情况,$50+1=51$。
思路:把 1~100 按每 10 个一段,各段取前 5 个共 50 个数可使任意两数之差不为 5,再取 1 张必出现差为 5,故 $50+1=51$。
15. 一次测验有 10 道题,每道题完全答对可以得 5 分,答对一半可以得 3 分,答错或不答不得分。至少有________人参加比赛才能保证有 3 人的得分相同。
抽屉原理(推广形式)构造抽屉(分类)
答案
91
解题步骤
最低得分为 0 分,最高得分为 50 分,其中 1、2、4、7、47、49 分得不到,一共可以得到 $50-0+1-6=45$(种)分数,$45\times2+1=91$。
思路:先求出所有可能的得分共 45 种作为抽屉,要保证有 3 人同分,由推广抽屉原理取 $45\times2+1=91$ 人。
16. 图书馆中有科技书、故事书、美术书。让五(1)班同学去借书,不能不借,最多借 3 本。要确保有 3 个同学借书的类型和数量完全一样,那么五(1)班至少有________名学生。
抽屉原理(推广形式)组合计数构造抽屉
答案
39
解题步骤
借 1 本有 3 种情况;借 2 本书有 6 种情况;借 3 本书有 $3+2+2+1=10$(种)情况,共有 $3+6+10=19$(种)情况,根据抽屉原理,为确保 3 个同学借书的类型和数量都一样,至少有 $19\times2+1=39$(名)同学。
思路:把借 1、2、3 本各类型组合数相加得 19 种借法作为抽屉,要保证 3 人完全相同,由推广抽屉原理取 $19\times2+1=39$ 人。

第20讲 图形最值

三角形计数最值:在给定点或线段条件下,通过合理连线使形成的三角形个数达到最多或最少。
周长一定面积最大:周长(或可用材料长度)固定时,长方形越接近正方形面积越大;正方形面积最大。
面积一定周长最小:面积或方格数固定时,拼成的图形越接近正方形(重叠边越多)则周长越小。
图形分割与拼接最值:通过裁剪、拼接图形,使剩余面积、所拼图形个数、花费等取得最大或最小值。
整体凑整与极值思想:把和为定值的两数之积、相关量的乘积等利用‘两数越接近积越大’等结论求极值。
一笔画与最短路径:利用一笔画原理处理重复路线,求走完全部线段(道路、绳子)所需的最短距离或最短时间。
1. 平面上有四个点,任意三个点都不在一条直线上,以这四个点为端点连接六条线段,在所组成的图形中,最少可以形成________个三角形。 A. 3    B. 4    C. 6    D. 8
三角形计数最值
答案
B
解题步骤
最少有 4 个三角形,如下图所示。
思路:把四个点连成六条线段,使尽量多的线段共线或重叠来减少三角形,验证最少能得到 4 个三角形。
2. 牧羊人用 15 段每段长 2 米的篱笆,一面靠墙围成一个长方形羊圈,则羊圈的最大面积是________平方米。 A. 100    B. 108    C. 112    D. 122
周长一定面积最大整体凑整与极值思想
答案
C
解题步骤
从最值角度考虑,设长方形长为 $a$,宽为 $b$,则 $a+2b=30$,和一定,差小积大,$2ab$ 的最大值为 $15\times15$,但 $a$、$b$ 均为偶数,考虑次大的 $2ab=14\times16$
$=2\times14\times8$,因此边长分别为 14 和 8,面积最大为 112。
思路:篱笆总长一定,设长 $a$、宽 $b$ 满足 $a+2b=30$,利用和定差小积大,取使 $a$、$b$ 为偶数的最接近取值求最大面积。
3. 小虎在 $19\times19$ 的围棋盘的格点上摆棋子,先把每 4 子围成一个长方形的实心点摆,然后再加上 45 枚棋子,就正好摆成一边不空的较大的长方形的实心点摆,那么小虎最多摆了________枚棋子。
周长一定面积最大整体凑整与极值思想
答案
285
解题步骤
$45=3\times3\times5$,它小于 19 的最大约数为 15,所以不变的边长应为 15,另一边最长为 19,所以小虎最多用了 $15\times19=285$(枚)棋子。
思路:把 45 分解,找出小于 19 的最大约数确定一边长,另一边取最大可能值,使棋子总数最多。
4. 把一块长 90 厘米、宽 42 厘米的长方形纸板恰无剩余地剪成边长都是整数厘米、面积都相等的小正方形纸片,最少能剪出________块,这种剪法剪成的所有正方形纸片的周长之和是________厘米。
图形分割与拼接最值
答案
105;2520
解题步骤
小正方形的边长应为 90 和 42 的最大公因数,$(90,42)=6$,所以最少能剪出 $(90\div6)\times(42\div6)=15\times7$
$=105$(块),所有正方形的周长之和为 $6\times4\times105=2520$(厘米)。
思路:正方形边长取长、宽的最大公因数 6 时正方形最大个数最少,再算出正方形总块数及周长之和。
5. 乐乐想用一些正方形和等腰直角三角形来拼接放在边长是 7 厘米的正方形盒子的底层,如果小正方形的边长都是 2 厘米,等腰直角三角形的斜边长也都是 3 厘米,那么这两种图形最多和可以放进________对。
图形分割与拼接最值
答案
7
解题步骤
边长是 7 厘米的正方形盒子的面积是 49 平方厘米,一个边长为 2 厘米的正方形和一个斜边长 3 厘米的等腰直角三角形的面积为 $2\times2+3\times3\div4=4+2.25$
$=6.25$(平方厘米),由于 $49\div6.25=7.84$,所以放不下 8 对,理论上最多能放进 7 对。下面通过构造说明 7 对是可以放进去的,如下图所示,正方形 7 个、三角形 8 个。
思路:用盒子总面积除以一对图形的面积得到对数上限,再通过实际构造验证最多能放 7 对。
6. 如下图所示,某小区花园的道路是一个长 480 米、宽 200 米的长方形,一个长是 260 米的菱形和一个十字形的两条道路组成。一天,王大爷从 A 处进入花园,他要走完所有的道路并从 A 处离开,如果他每分钟走 60 米,那么他走完这些花园道路要至少用________分钟。
figure
一个长方形花园,内部由一个菱形和一个十字形道路组成。菱形的四个顶点分别在长方形上下两边的中点和左右两边的中点附近,十字形为长方形横竖中线。入口 A 位于长方形左边与菱形左顶点相接处。
一笔画与最短路径
答案
60
解题步骤
根据一笔画,因为道路图有四个奇点,所以王大爷要走的最短道路是不重复地走完该图所有的道路再加一些重复的道路,但可以对道路图做一些处理,相当于王大爷通过走过重复的道路完成一笔画,如下图。
道路的总路程为 $480\times3+200\times3+260\times6=3600$(米),王大爷走完这些路要 $3600\div60=60$(分钟)。
思路:把道路看成图,统计奇点个数,用一笔画原理找出需要重复经过的路段,求最短总路程再除以速度得时间。
7. 有 100 个棱长为 1 厘米的正方体木块,表面均为白色,还有 25 个棱长为 1 厘米的正方体木块,表面均为蓝色,将这 125 个正方体木块粘在一起,形成一个大正方体。大正方体的表面白色的面积至少是________平方厘米。
图形分割与拼接最值
答案
92
解题步骤
由 125 个棱长为 1 厘米的正方体拼成的大正方体的棱长为 5 厘米。依题意,要使大正方体表面白色的面积最小,应使正方体表面蓝色(黑色)的面积尽量大。摆在顶点处可摆出 3 个面,可摆 8 个,棱上(顶点除外)可摆出 2 个面,可放 $12\times3=36$(个),故表面蓝色面积最大为 $8\times3+(25-8)\times2=58$(平方厘米),所以表面为白色的面积最少是 $5\times5\times6-58=92$(平方厘米)。
思路:大正方体棱长 5 厘米,让黑块尽量占据露出面多的顶点和棱位置,使黑色露出面积最大,从而白色面积最小。
8. 如图 1,在“$8\times8$”的方格中放棋子,每格至多放 1 枚棋子。若要求 8 行、8 列、30 条斜线(如图 2)上的棋子数均为偶数,那么“$8\times8$”的方格中最多可以放________枚棋子。
figure
图1为一个 8×8 的方格表;图2在 8×8 方格表上画出所有从左下到右上方向(45 度)的斜线,共 30 条斜线(每条斜线穿过方格表的若干格点)。
整体凑整与极值思想
答案
48
解题步骤
观察图1、图2,易发现图中标有 1~8 的斜线上各有奇数个格子,每条斜线上至少有一个格子不能放棋子,又因为图1、图2 标有 1~8 的斜线上的格子是完全不同的,所以这些斜线上每条至少有一个格子不能放棋子,共至少 16 格,即所放棋子数最多不多于 $8\times8-16=48$(枚)。
思路:标号 1~8 的斜线含奇数个格,每条至少留空一格且互不相同,至少有 16 个空格,故最多放 $64-16=48$ 枚。
9. 用 7 个长 4 厘米、宽 3 厘米的长方形排成一个大长方形,在所有可能的排法中,大长方形周长的最小值是________厘米。
面积一定周长最小图形分割与拼接最值
答案
38
解题步骤
这一题用图1可以动手操作。
要使所摆的大长方形的周长最小,应使 7 个小长方形有尽可能多的重合边。只有如下的 3 种摆法:
图1 的周长为 $(3\times7+4)\times2=50$(厘米);
图2 的周长为 $(4\times7+3)\times2=62$(厘米);
图3 的周长为 $(3\times4+4\times3)\times2=38$(厘米)。
显然,在所有的拼法中,大长方形周长的最小值是 38 厘米。
思路:面积固定时拼成的大长方形越接近正方形周长越小,比较几种排列方式取周长最小者。
10. 如下图所示,6 段绳子相互连接,现在要在绳子的某处点火,如果火每分钟燃烧的距离是 1,那么至少需要________分钟才能烧光这些绳子。
figure
6 段绳子相互连接组成的图形,从左下到右上有一条主绳,标注的各段长度分别为 8、4、2、3、6、5(厘米),其中 4 与 2、3 构成一个三角形,6 在右上方延伸,5 向右下方延伸。
一笔画与最短路径整体凑整与极值思想
答案
9
解题步骤
折线最长为 $8+4+6=18$(厘米),$18\div2=9$(厘米)。因此在靠近 8,并且标有 4 的绳子四等分点处点火,火势燃烧即可,此时共需要用时:$8+1=9$(分钟)。
思路:找出绳网中最长的一条路径,在使两端同时向中间燃烧的位置点火,所需时间为该最长路径的一半相关算法求得。
11. 如下图所示,一个长方形被分成 4 个小长方形,其中长方形 A、B、C 的周长分别为 10 厘米、12 厘米、14 厘米,那么长方形 D 的面积最大是________平方厘米。
figure
一个大长方形被横竖各一条线分成 4 个小长方形:左上为 A,左下为 B,右上为 C,右下为 D。左侧列宽标为 c,右侧列宽标为 b,上行高标为 a(顶部),各小长方形位置如田字格排列。
整体凑整与极值思想面积一定周长最小
答案
16
解题步骤
令四边的长分别为 $a$、$b$、$c$、$d$,如右图,则有 $\begin{cases} a+c=5 & \text{①} \\ a+d$
$=6 & \text{②} \\ b+c$
$=7 & \text{③} \end{cases}$
由 ②-①+③ 得,$a+b+c+d-(a+c)=13-5$,$b+d=8$,则 $b\cdot d$ 乘积最大值为 $4\times4=16$。
思路:设各边长建立方程,求出长方形 D 两边之和为定值 8,再由和定差小积大得面积最大值 16。
12. 如下图中的一个长方形纸板每个角上都被切掉了一个小长方形,如果被切掉的小长方形的 8 对对边的长度分别是一个 1,四个 2,两个 3 和一个 4,那么纸板剩下部分的面积最大是多少?
figure
一个长 11、宽 12 的长方形纸板,四个角各被切掉一个小长方形(缺口),呈台阶状缺口。顶边标注 11,左边标注 12。
图形分割与拼接最值整体凑整与极值思想
答案
112
解题步骤
剩下的面积最大,则切掉的小长方形面积最小。
面积最小为 $1\times4+2\times3+2\times2+2\times2=20$,所以剩下的面积最大为 $12\times11-20=112$。
思路:剩下面积最大即切掉的四个小长方形面积之和最小,把给定边长两两配对使乘积之和最小,再用总面积减去它。
13. 下图的部件 A、B、C、D、E 都是由 4 个 $1\times1$ 的小正方形拼成的,它们的单价依次为 5 元、4 元、3 元、2 元、1 元。现在你用 4 个部件(至少用两种不同的部件)拼成一个 $4\times4$ 的大正方形,并使得拼这些部件的花费尽可能小,那么至少花________元。请给出你的拼法方案画在图中(部件可旋转或翻转)。
figure
五个由 4 个小正方形组成的四格拼块 A、B、C、D、E:A 为 1×4 长条,B 为 2×2 方块,C 为 L 形(三格一行右上加一格),D 为 T 形(三格一行中间上方加一格),E 为 Z/S 形。下方给出一个待拼的 4×4 大方格。
图形分割与拼接最值整体凑整与极值思想
答案
8
解题步骤
由于 E 最便宜,故尽量用 E,最多可以用 2 个。
当用 2 个 E 时,需要再用 2 个 C 才可拼得,此时需要花费 $2\times1+2\times3=8$(元),如下左图所示。
可以只用 1 个 E,再用两块 D,找 1 块 C 即可。如下右图所示。
也是需要花费 $1+2+2+3=8$(元)。
思路:优先选用单价最低的部件 E,在能拼成 4×4 且至少两种部件的约束下搭配 C、D,使总花费最小为 8 元。
14. 如下图所示,一个长方形被分成 A、B、C 三块,其中 B 和 C 都是长方形,A 的八条边的边长分别是 1、2、3、4、5、6、7、8 厘米,那么 B 和 C 的面积和最多是________平方厘米。(示意图不成比例)
figure
一个大长方形被分成三块:左侧大块为 L 形的 A,右下为长方形 B,A 右上方的小缺口处为小长方形 C。A 占据左侧和下方,呈阶梯(L)形,C 位于上方中间凹处,B 位于右侧。
图形分割与拼接最值整体凑整与极值思想
答案
36
解题步骤
如图1所示,设 A 的八条边的长分别为 $a$、$b$、$c$、$d$、$e$、$f$、$g$、$h$,显然 $b=d+f+h$,$a=g+c-e$,8 厘米长的边只能是 $a$ 或 $b$。当 $a$ 是 8 厘米时,$b$ 可能是 7 厘米或 6 厘米。
如图2所示,$a$ 是 8 厘米,$b$ 可能是 7 厘米,$d+f+h=7$,$g+c+e=(1+2+3+\cdots+8)-8-7-7$
$=14$,由 $g+c-e=8$ 得 $e=3$,$g+c=11$,要使 B 和 C 的面积最大,$g=6$,$c=5$,$f=4$,$d=2$,$h=1$,此时 B 和 C 的面积和是 $(6-3)\times(7-1)+3\times4=30$(平方厘米)。
同理如图3所示,$a$ 是 8 厘米,$b$ 可能是 6 厘米,$g=7$,$c=5$,$e=4$,$f=3$,$d=2$,$h=1$,此时 B 与 C 的面积和是 $(6-1)\times(7-4)+3\times4=27$(平方厘米)。
如图4所示,当 $b$ 是 8 厘米,$a$ 只能是 7 厘米,这种情况下,B 和 C 的面积最大时,$c=4$,$d=2$,$e=3$,$f=5$,$g=6$,$h=1$,$(8-1)\times(6-3)+3\times5=36$(平方厘米)。
综上所示,B 和 C 的面积最大 36 平方厘米。
思路:把 8 厘米边分配给 A 的不同边,分情况讨论 A 各边取值,使 B、C 这两个长方形的面积之和最大,得到最大值 36 平方厘米。

第21讲 应用最值

应用最值问题:在生活情境(购物、比赛、流量等)中求某个量的最大值或最小值,通过分析约束条件确定取最值的极端情形。
最不利原则:为求「至少需要多少」或「至多有多少」,构造最坏(最不利)的情形,使所求量恰好被保证或被限制。
抽屉原理:当物体数超过抽屉数时必有一个抽屉含两个以上物体;用于保证「一定有重复」的最少人数或次数。
二进制与凑数:用1,2,4,8等2的幂可组合出任意整数,应用于用最少袋子(包装)凑出任意数量。
平均数与极端构造:利用平均数约束总和上下界,并通过让某些量取极端值来求另一量的最值。
周期与奇偶分析:利用排列的周期性和数的奇偶性确定循环位置或奇偶页等的最值情形。
分组与优惠策略:在票价、包装等带优惠的情境中合理分组搭配,使总花费最小。
1. 四年级一班用班费购买甲种文具若干元、乙、丙三种文具。要求购买乙种文具的件数比购买甲种文具的件数多2件,且购买甲种文具的费用不超过总费用的一半,若购买的文具价钱用了66元,则甲种文具最多可买________件。
最值问题不等关系分析应用最值
答案
11
解题步骤
购买甲种文具的费用最多$66\div2=33$(元),可买$33\div3=11$(件),此时购买乙种文具的件数比购买甲种文具的件数多$2$件,且购买丙种文具的费用用不超过总费用的一半,若购买的文具最多可买$11$件。
思路:要使甲种文具买得最多,就让甲种文具的费用尽量大(占总费用一半)且单价已知,从而求出最大可买件数。
2. 下图是一个净化水装置,水流方向为从A先流向B,再流到C,原来容器$A\to B$之间有10个流量相同的管道,$B\to C$之间也有10个流量相同的管道。现调换了一个管道,使流量每小时增加了40立方米。问:通过调整管道布局,从A到C的流量最大可增加多少立方米?
figure
净化水装置示意图:从左到右依次画有三个竖立的矩形容器A、B、C。A与B之间、B与C之间各用一束水平的平行管道(条纹状)连接,表示流量相同的多根管道。水流方向从A经B到C。
最值问题串联管道流量应用最值
答案
200
解题步骤
调换一条管道,流量每小时增加$40$立方米,即每条粗管道比细管道的流量每小时多$40$立方米;流量取决于总流量最小的一段,所以要想流量最大,两都分的流量应互相同,则调换整$5$条管道,最大可增加量$40\times5=200$(立方米)。
思路:串联系统的总流量由最薄弱(最小)的一段决定,要使总增加量最大,应让两段管道的流量平衡,从而确定最多可换的管道数。
3. 每只完整的螃蟹有2只螯、8只脚。现有一批螃蟹,共有25只螯、120只脚,其中可能有一些缺螯少脚的,但每只螃蟹至少保留1只螯、4只脚。这批螃蟹至多有________只,至少有________只。
最值问题鸡兔同笼思想应用最值
答案
25;15
解题步骤
当这些螃蟹至多时可能完整的时候,这批螃蟹的数量是最少的;当这批螃蟹尽可能不完整的时候,这批螃蟹的数量是最多的。
当求至多多少只时,应取$25\div1=25$且$120\div4=30$中较小的数$25$。
当求至少多少只时,应取$25\div2=13$和$120\div8=15$中较大的数$15$。
思路:每只螃蟹螯和脚的数量有上下界,要使螃蟹只数最多就让每只尽量少留(取上界),要使只数最少就让每只尽量多留(取下界),分别按螯、脚算后取限制更紧的值。
4. 袋中有外形完全一样的红、黄、蓝三种颜色的小球各15个,每个小朋友从中摸出2个小球,至少有________个小朋友去摸球,才能保证一定有两个人摸的球一样。
抽屉原理最值问题应用最值
答案
7
解题步骤
摸球种的不同情况共有红红、黄黄、蓝蓝、红黄、红蓝、黄蓝$6$种,所以至少需要$7$个人,才能保证有两人摸的一样。
思路:先数出从三种颜色中摸两个球的所有不同组合(抽屉数),再由抽屉原理,人数比抽屉数多1即可保证有两人相同。
5. 小明将127枚围棋棋子放入若干个袋子里,无论小朋友想要几枚棋子(不超过127枚),小明只要取出几个袋子就可以满足要求,则小明至少要准备________个袋子。
二进制表示最值问题应用最值
答案
7
解题步骤
一共有$7$个袋子,棋子数分别是$1,2,4,8,16,32,64$。
思路:利用二进制思想,把棋子按$1,2,4,8,\cdots$这样的2的幂分装,就能用最少的袋子组合出$1$到$127$的任意数量。
6. 羊村小学四年级进行一次数学测验,测验共有15道题。如果小喜喜、小沸沸、小美美、小懒懒答对的题目分别是11道、12道、13道、14道,那么他们四人都答对的题目最少有________道。
容斥与最值最不利原则应用最值
答案
5
解题步骤
方法一:要让四人都答对的题目尽量少,就得让他们错的题目尽量都不一样,错的题目数最多有$4+3+2+1=10$(道)题,且这$10$道题人做错了。
方法二:共对了$11+12+13+14=50$(道)。
现在要四人都答对的题目尽可能少,则三人都答对的题目尽可能在$50\div3=15\cdots\cdots5$,所以四人都答对的题目最少有$5$道。
思路:用最不利原则:把四人答错的题目尽量错开,错题总数最多为各自错题数之和,从总题数中减去即得四人都答对的最少题数。
7. 镖盘上的数代表投中这个区域的得分,未中标记0分,小明把三支飞镖掷向下图所示的镖盘上。然后把三支飞镖的得分相加,那么小明不可能得到的总分最小的是________。
figure
一个由五个同心圆构成的镖盘,从内到外的五圈分别标注得分$23$、$12$、$8$、$3$、$1$,未中(落在最外圈以外)记$0$分。
枚举法最值问题应用最值
答案
22
解题步骤
每支飞镖可以投到小明得到$0,1,3,8,12,23$分中的一种。
那么两支飞镖可以得到$0,1,2,3,4,6,8,9,11,12,13,15,16,20,23,24,26,31,35,46$分。
那么三支飞镖到则得到从小到大用穷举可以组合的,如$5=1+1+3$
$=0+3$种,发现$5,7,10,14,17,18,19,21$都可以组成,而$22$无法组成,因此最小的得分是$22$分。
思路:先列出一支、两支飞镖能得到的所有分值组合,再从小到大检验哪些总分能凑出,第一个凑不出的最小分值即为答案。
8. 小明、小亮两人玩扑克牌,他们手里各有点数为$1,2,3,4,5,6,7,8,9,10$的纸牌一张,两人每轮各出一张牌,点数大的为胜,点数大者记1分(大减小),最小为获胜一方的分数,另一方不记分。10轮牌出完之后,两人总分之和最大值是________。
排序与最值对位策略应用最值
答案
50
解题步骤
每一轮出牌之后,获胜一方所得的分数是两人所出牌的点数差,故10轮牌出完之后,两人总分之和等于两两所出的10张牌的点数差之和。要让10轮牌的总分最大,就要让10个点数最大配对,从而把点数最小的与最大的配对:
$(10+10+9+9+8+8+7+7+6+6)-(5+5+4+4+3+3+2+2+1+1)=50$。
思路:每轮得分是两张牌的点数差,总分即十对牌的点数差之和;要使总和最大,应让大牌与小牌配对,把大数尽量当被减数、小数当减数。
9. 期末标后,如果甲的语文成绩或数学成绩至少有一科比之的成绩高,则称甲不亚于乙。在一个有35人的班中,如果某同学不亚于其余34名同学,就称他(她)为优秀学生。那么这35人中的优秀学生最多可能有________名。
逻辑推理最值问题应用最值
答案
35
解题步骤
这是一道利用极端性原理来解决问题题。要使优秀学生最多,可将每个学生的长处与短处尽可能短处相比较。
取$35$人为这样一种特殊情况:他们中语文成绩与数学成绩都不相等,并且语文成绩最高者就该学生数学成绩最低,语文成绩次高者数学成绩次低,$\cdots\cdots$,这样一来,语文成绩最好的学生(语文好于其它$34$人)自然成优秀,数学最好的学生(数学好于其它$33$人)则是优秀学生第二(优于$34$人),由是优秀学生一名。同理可说明$35$人可都是优秀学生。
思路:利用极端性原理构造一种排列,让每个人在语文或数学某一科上都强于他人,从而说明全班所有人都可成为优秀学生。
10. 某次考试共有15道题。计分标准是:做对第1题得1分,做对第2题得2分,……,做对第15题得15分;若做错第1题则倒扣1分,做错第2题倒扣2分,……,做错第15题则倒扣15分。小明做了所有的题,得到90分,那么小明至多做错________道题,至少做错________道题。
奇偶分析最值问题应用最值
答案
5;1
解题步骤
如果全部做对,那么应该得$1+2+\cdots+14+15=120$(分),实际上得了90分,做错一道题不但不得分,还要倒扣分,那么小一明做错的题目总分应当$(120-90)\div2=15$(分),则小明最多错5题,即$1,2,3,4,5$题,最少错1题,第15题。
思路:先算全对的满分,与实际得分之差是做错题「对得分」的双倍影响(既丢分又倒扣),由此求出错题分值总和,再凑出错题数的最多和最少情形。
11. 某商店出售啤酒,规定每4个空瓶可以换1瓶啤酒,小明家买了24瓶啤酒,他一家喝后最多能喝到________瓶啤酒。
空瓶换酒最值问题应用最值
答案
32
解题步骤
方法一:我们按实际换酒过程分析:
喝掉24瓶啤酒,用24个空瓶换回6瓶啤酒(还剩2个空瓶);
喝掉6瓶啤酒,连上次余下的2个空瓶还有8个空瓶,此时,再借1个空瓶,与剩下的3个空瓶一起又可换回3瓶啤酒,喝完后将借回那个1瓶;
以上方法正确返回借「1个空瓶可换1瓶啤酒」这个条件,特别是最后一次换瓶的技巧,你不喝完最后的一瓶啤酒「先借后还」,但如果一开始借的话便无法很好地解决巧妙的算法呢?
方法二:注意到「每4个空瓶可换一瓶啤酒」(连喝3瓶后又喝3瓶就能换得一瓶啤酒(不带瓶)),喝光的24个空瓶能换到8瓶啤酒,所以小强家前后共能喝到$24+8=32$(瓶)啤酒,综合算式是$24+24\div(4-1)=32$(瓶)。
思路:用空瓶换酒,可逐次累加换得的酒;也可用「借一瓶后还」或每4瓶里有1瓶相当于免费的思路,直接用公式算出能喝到的总瓶数。
12. 博物馆成人门票每张5元,两名成人可免费带一名儿童;儿童门票每张1元;买5人一组的联票,平均每人3.8元。幼儿园老师带领4个小朋友来参观,遇见王老师和李老师,他们每人带了5个小朋友,他们一起买票,最少要花________元。
分组优惠最值问题应用最值
答案
64
解题步骤
有3个老师,$5\times2+4=14$(名),共17人。要使费用最最低,首先,尽量免费带儿童,其次尽量采联票,所以:
(1)两老师带一名儿童,进去3人,用去$5\times2=10$(元)
(2)4名儿童和一名老师买一张联票3人,$8\times5=19$(元)
(3)5名儿童买一张联票3人,$3;8\times5=19$(元)
(4)余下4名儿童买1张儿童票,$4\times4=16$(元)
共花去$10+19\times2+16=64$(元)。
思路:先安排免费带儿童的优惠名额,再尽量用平均单价最低的5人联票,把成人、儿童合理搭配分组,使总票价最低。
13. 商店里销售的铅笔有两种包装,五支包装的每包售价6元,七支包装的每包售价7元。某校至少要购买铅笔111支,请问至少要花费多少元?
单价比较最值问题应用最值
答案
112
解题步骤
五支包的单价是$6\div5=1.2$(元),七支包单价为$7\div7=1$(元),因此尽量多选七支包装的,$111\div7=15$(包)$\cdots\cdots6$(支),因此只需买16包七支包装的即可,至少花费$16\times7=112$(元)。
思路:比较两种包装的单价,单价低的更划算,尽量买单价低的七支装,凑够所需总支数即可使花费最少。
14. 30粒珠子依8粒红色、2粒黑色、8粒红色、2粒黑色……的次序串成一圈,一只蚂蚁从第2粒黑珠子起跳,每次跳过6粒珠子落在下一个珠子上,这只蚂蚁至少跳________次才能落到黑珠子上。
周期问题最值问题应用最值
答案
7
解题步骤
因为30粒珠子依8粒红色、2粒黑色的次序即10个为一周期串成一圈。现在一只蚂蚁从第2粒黑珠子起跳,每次跳过6粒珠子落在下一粒珠子上,即这只蚂蚁每次跳7粒珠子,题目相当于问这只蚂蚁至少跳多少次才会被10整除或除以10余9,$7\times1$除以10余$7$,$7\times2$除以10余$4$,$7\times3$除以10余$1$,$7\times4$除以10余$8$,$7\times5$除以10余$5$,$7\times6$除以10余$2$,$7\times7$除以10余$9$(符合)。
思路:把珠子按周期排成一圈,蚂蚁每跳一步前进固定格数,用余数循环找出第几次跳跃恰好落在黑珠位置。
15. 一本故事书共有30个故事,每个故事分别占$1,2,3,\cdots,30$页(未必按这个顺序)。第一个故事从第1页开始,每个故事都从新的一页开始,最多有________个故事是从奇数页开始的。
奇偶分析最值问题应用最值
答案
23
解题步骤
先反排偶数页的故事为,共$15$个故事,再可以确保每个故事的第1页都安排在奇数页,第1页的故事就奇数排了$15$,因此故事从第几页起页就由它本来的奇偶决定。所以从奇数页开始的故事数从小到大排,共有$8$个奇数页的故事从奇数页开始,所以最多有$15+8=23$(个)故事从奇数页开始。
思路:每个故事起始页的奇偶由前面所有故事页数总和决定,通过合理安排奇数页与偶数页故事的次序,使尽量多的故事从奇数页开始。
16. DVD播放器的显示屏上,$\square\square : \square\square$到$\square\square : \square\square$是电子显示播放时间,可以从$00:01$到$24:00$,要求填入8个方框的数字全不相同,那么,播放器显示的最短时间是________分钟。
数字最值最值问题应用最值
答案
36分钟
解题步骤
设播放器开始播放时刻为$AB:CD$,结束播放时刻为$EF:GH$,首先让$EF$比$AB$相大一些,因此$AB=19,EF=20$,然后让$CD$最大、$GH$最小,因此$CD=58,GH=34$,这样播放时间为36分钟。
思路:把开始与结束时刻的四组两位数用八个互不相同的数字填充,让结束时刻尽量贴近开始时刻,从而使时间差最短。
17. 十二种动物的智商为十二连续自然数,其中九种动物各有1只。另三种动物分别有2只、3只和4只,这18只动物的智商和为216,且最高智商的最大为________。
数列求和最值问题应用最值
答案
19
解题步骤
将所有动物的智商都看做到最高最高,最大为$216\div(1+2+3+\cdots+11)+11\times3+10\times2+9=344,344\div18=19\cdots\cdots2$,所以最高智商最大为19。
思路:十二个连续自然数的智商,把多出来的几只动物尽量取较小智商,使总和约束下最高智商尽可能大,再用平均与余数推算。
18. 某篮球运动员参加了10场比赛,他在第6,7,8,9场比赛中分别得分了$23,14,11$和$20$分,他第6到第9场比赛的平均分要比前5场比赛的平均分要高,如果他10场比赛的平均分超过18分,那么他第10场比赛至少________分。
平均数最值问题应用最值
答案
29
解题步骤
因为前九场比赛的平均分比前五场比赛的平均分要高,设前五场比赛的平均分是$x$,所以有$(5x+23+14+11+20)\div9>x$,
解得$x<17$,那么$5x<85$。
因为$10$场比赛的平均分超过$18$分,所以$10$场比赛的总分至少为$18\times(10\times1)=181$(分),要使第10场比赛的得分最少,应让前九场比赛的总分尽量多,故第十场的得分尽量多。故第10场比赛的得分为$181$分,前9场比赛的得分为$84$分,第十场比赛得分最少,为
$181-84-23-14-11-20=29$(分)。
思路:先用前九场平均高于前五场的条件约束前五场得分,再由十场总分下界,让前九场总分取最大,从而求出第十场至少得分。
19. 国有100名武士,每两名武士要么互相是朋友,要么互相是敌人,要么互相不认识,每人同朋友讲话,但不与敌说话;每名武士有任意两个朋友方为敌人,他的任意两个敌人则互为朋友。国王为了让这100名武士都知道某一项命令,至少要通知________名武士。
图论思想最值问题应用最值
答案
20
解题步骤
如果A与B是朋友,我们就在$AB$之间连一条实线;如果是敌人就连一条虚线。首先一个人不能即同时和超过四个朋友、敌友,假设A有$B,C,D$三个朋友,则$B,C,D$之间互为敌人,又因为$C,D$均为$B$的敌人,所以他们之间应互为朋友、矛盾,所以一个人最多只能有两个朋友、矛盾,所以一个人最多只能有两个敌人。
如此则一个人,五个人的实线连成图如下左图,假设有$6$个人之间被实线连通,那下右图$B_1$至$B_6$,则$B_1,B_3,B_5$之间有虚线连成,矛盾,所以同理虚线连成实现。又一人不能有两条以上的朋友关系,所以通知1人相当于通知5人,$100\div5=20$,最少需要通知的人数为20人。
思路:用实线表示朋友、虚线表示敌人,结合给定关系约束证明每人朋友、敌人都受限,整个团体被分成若干互通的五人组,通知一人即可传遍一组。

第22讲 数字最值

运算符号填空求最值:在给定数字之间填入运算符号,使算式结果取得最大或最小值,需结合乘法增大、除法减小等运算性质进行分析。
数字组合表示与最少个数:用受限的数字(如只有0和1)通过加法组合表示目标数,分析各数位所需的最少数字个数。
平均数与极值:利用平均数求总和,再在和一定的条件下,通过让其他数尽量小(或大)来求某个数的最大值(或最小值)。
整数乘积分解与差的最值:已知两整数之积,通过分解因数并比较因数对的接近程度,确定两数之差的最大值与最小值。
数位和确定的数的最值:在各数位数字之和固定且数字互不相同等约束下,构造满足条件的最大数或最小数。
删数求最值:从一串数字中删去若干个,使保留下来的数最大或最小,需保证位数最多并按位贪心选择。
积最大的数字分配:将给定数字填入多个因数中使乘积最大,依据高位放大数字、整体均衡等原则进行分配。
构造法与极端原理:在带有相邻和、互不相同等约束的排列问题中,通过构造具体方案并取极端情形求出最值。
1. 在 $10□10□10□10□10$ 的四个 $□$ 中填入 $+$、$-$、$\times$、$\div$ 运算符号各一个,所组成的算式结果取得的最大值是________。 A. $104$\quad B. $109$\quad C. $114$\quad D. $119$
运算符号填空求最值四则运算性质
答案
B
解题步骤
最大值为 $109$,$10\times10+10-10\div10=109$。
思路:要使结果最大,应让乘法作用于较大的数以增大结果,让除法作用于最小的数以减小损失,从而凑出最大值 $109$。
2. 有一个奇妙的国家,叫“一○国”。他们只有 $1$ 和 $0$ 两个数字。所以,当遇到比较大的数时,他们就要用好多个 $1$ 和 $0$ 组合相加来表示。比如说,$12$ 可以表示成三个数的和 $10+1+1$,也可以表示成两个数的和 $11+1$。那么这个“一○国”里,$20120204$ 最少要用________个数相加来表示。
数字组合表示与最少个数数位分析
答案
4
解题步骤
因为 $20120204$ 各位数字中最大的数字为 $4$,因此最少要用 $4$ 个数相加,例如:$20120204=10110101+10010101+1+1$。
思路:由于每个加数在某一数位上至多贡献 $1$,要表示某数位上的数字 $d$,至少需要 $d$ 个加数,故最少个数等于该数各位数字中的最大值。
3. 有 $7$ 个各不相同的正整数,它们的平均数是 $100$。将它们从小到大排列,前 $3$ 个数的平均数是 $20$,后 $3$ 个数的平均数是 $200$。最小的数最大是________,最大的数最大是________。
平均数与极值整数排列约束
答案
$19$;$517$
解题步骤
根据题意,令 $a_1<a_2<a_3<a_4<a_5<a_6<a_7$,则有:$a_1+a_2+a_3+a_4+a_5+a_6+a_7=700$,而题目中告诉我们:$a_1+a_2+a_3=60$,$a_5+a_6+a_7=600$,所以有:$a_4=700-600-60$
$=40$,$a_1$ 最大不能超过 $20$,所以 $a_1$ 最大为 $19$,$a_5$、$a_6$ 最小值分别为 $41$、$42$,那么 $a_7$ 最大为 $600-41-42=517$。
思路:利用三组平均数求出总和与中间数,再在保证各数互不相同且严格递增的前提下,让其余数尽量小(或大)来使目标数取得最大值。
4. $A$、$B$ 都是整数,$A$ 大于 $B$,且 $A\times B=2009$,那么 $A-B$ 的最大值为________,最小值为________。
整数乘积分解与差的最值因数分解
答案
$2008$,$8$
解题步骤
由于 $A\times B=2009$
$=7^2\times41$,$A$、$B$ 都是 $2009$ 的因数,要使它们的差最大,则 $A$ 应最小,故 $B=1$,$A=2009$ 时 $A-B$ 最大,最大为 $2008$;要使它们的差最小,则 $B$ 要尽可能大,$B$ 最大可以为 $41$,此时 $A=49$,所以 $A-B$ 的最小值为 $8$。
思路:将乘积按因数对分解,差最大时取最悬殊的因数对($1$ 与本身),差最小时取最接近的两个因数。
5. 一个数各数位上的数字的和是 $17$,而且各数位上的数字都不相同且不为 $0$,符合条件的最小数是________,最大数是________。
数位和确定的数的最值贪心构造
答案
$89$;$74321$
解题步骤
数字和为 $17$ 的最小数应为两位数,$17=8+9$,所以最小的数为 $89$。最大的数数位应该尽量多,则加数应该尽量小,由于 $1+2+3+4+5+6>17$,所以不能为六位数,由于 $1+2+3+4+7$,所以符合要求的最大数应为五位数,其中最大的五位数为 $74321$。
思路:求最小数时让位数最少且高位尽量小;求最大数时让位数尽量多,故各位取尽量小的不同数字,再使高位尽量大。
6. 从 $1234567891011121314151617\cdots57585960$ 中任意挑选 $100$ 个数字删去,请问留下来的数中,最大的数是什么?
删数求最值贪心选择
答案
$99999785960$
解题步骤
从 $1$ 到 $60$ 共有 $9+51\times2=111$ 个数,删去 $100$ 个数字还有 $11$ 个数字,要求数最大,因此 $11$ 位数尽量多选 $9$,最多可以选 $6$ 个 $9$,但是这样选最多是 $8$ 位数,因此只能选 $5$ 个 $9$,即最大值是 $99999785960$。
思路:确定删后剩余位数,再按高位优先尽量取大数字($9$)的贪心策略,注意可取的 $9$ 的个数受总数字串限制。
7. 把 $1$、$2$、$3$、$4$、$\cdots$、$9$ 这九个数字填入下面算式的九个方框中(每个数字只用一次),使三个三位数相乘的积最大。 $$\square\square\square\times\square\square\square\times\square\square\square$$
积最大的数字分配数位权重
答案
$941\times852\times763$
解题步骤
首先乘积最大,应该让首位数字最大,因此三个数百位数字分别取 $9$,$8$,$7$,十位数字也尽量大,分别取 $6$,$5$,$4$,但是根据“和一定时,差越小积越大”。尽量让大数小些,小数大些乘积会更大,同理个位数字也是用类似方法取得,最终得到 $941\times852\times763$。
思路:高位安排最大数字以提升整体量级,再按使因数尽量接近的原则分配剩余数字,从而让乘积最大。
8. $10$ 个各不相同的正整数排成一排,如果任意三个相邻的数的和都大于 $20$,这 $10$ 个正整数的和最小是________。
构造法与极端原理相邻和约束
答案
$67$
解题步骤
要求任意三个相邻的和都大于 $20$,那么图中第 $1$、$4$、$7$、$10$ 格放的数要尽量接近,第 $2$、$5$、$8$ 格放的数要尽量接近,第 $3$、$6$、$9$ 格放的数要尽量接近,要求 $10$ 个整数的和最小,则取得的数都要尽量小,我们把 $1$、$2$、$3$、$4$ 四个数放在 $a$、$d$、$g$、$j$,不妨设 $d=4$,那么这 $10$ 个数的和最小为 $4+21\times3=67$。下面是一种构造方法。
$a$ $b$ $c$ $d$ $e$ $f$ $g$ $h$ $i$ $j$ (图1)
$1$ $5$ $15$ $4$ $8$ $10$ $3$ $12$ $7$ $2$ (图2)
思路:把位置按下标模 $3$ 分组,让同组数字尽量小,利用相邻三数之和均大于 $20$ 的约束确定每组的最小可能和,再构造出具体排列验证。
9. 有 $20$ 张卡片,每张上写一个大于 $0$ 的自然数,且任意 $9$ 张上写的自然数的和都不大于 $63$。若那些写有大于 $7$ 的自然数的卡片为“龙卡”,问:这 $20$ 张卡片中“龙卡”最多有多少张?所有“龙卡”上写的自然数的和的最大值是多少?
极值与约束分析整数构造
答案
$7$,$61$
解题步骤
“龙卡”数字大于 $7$,最小为 $8$,若有 $8$ 张,则因大于 $63$,所以不可能有 $8$ 张;若有 $7$ 张,则可令余下的 $13$ 张均写 $1$,而 $7$ 张龙卡和为 $63-2=61$,可让 $5$ 张写 $9$,$2$ 张写 $8$,此时最大的 $9$ 张和为 $63$,满足题目要求,所以只有 $7$ 张龙卡时,所有“龙卡”上写的自然数的和的最大值为 $61$。
思路:先由任意 $9$ 张和的限制反推龙卡张数上界,再在满足约束下让龙卡数字尽量大,构造出和的最大值。
10. 红、黄、蓝 $3$ 种颜色的球分别有 $11$、$12$、$17$ 个,每次操作可以将 $2$ 个不同颜色的球换成 $2$ 个第三种颜色的球,则在操作过程中,红色球至多有________个。
不变量分析余数性质
答案
$39$
解题步骤
每次操作,黄球和蓝球的差要么不变,要么改变 $3$。刚开始时,黄球和蓝球的差不是 $3$ 的倍数,可知,每次操作后黄球和蓝球的差都不是 $3$ 的倍数。所以,黄球和蓝球的个数不能同时为 $0$。黄球和蓝球的总和至少是 $1$。下面构造说明红球最多可以有 $39$ 个。(括号内三个数依次表示红、黄、蓝 $3$ 种颜色的球的个数)
$(11,12,17)\to(10,14,16)\to(9,16,15)\to(11,15,14)\to(13,14,13)\to(15,13,12)\to(17,12,11)\to(19,11,10)\to\cdots\to(39,1,0)$。
思路:发现黄球与蓝球个数之差模 $3$ 是不变量,由此说明两者不能同时为 $0$,故红球至多为总数减去黄蓝至少剩余的 $1$,并构造操作序列达到该最大值。

第23讲 统筹与对策

统筹安排时间:在多项任务可同时进行时,通过合理安排顺序使总用时最短,常见于过桥、煎饼、烧水、运货等问题。
过桥问题:若干人共用一支手电过桥,速度不同,需让总时间最少,关键在于让最慢的两人尽量一起过桥或安排最快者来回送灯。
工序与并行优化:把可以并行的工作同时进行、把耗时长的工作安排得当,使整体完成时间或损失达到最小。
博弈对策(必胜策略):两人轮流操作的游戏中,借助对称、配对、奇偶不变量等思想,找出先手或后手的必胜方法。
对称与配对策略:通过沿某条对称轴模仿对手的操作,使局面始终保持对称,从而保证自己最后获胜。
奇偶分析:利用操作前后某个量的奇偶性是否改变作为不变量,判断游戏胜负或可行性。
运费与运输优化:在沿线仓库间搬运货物时,综合考虑运量与距离,使总运费最少。
1. 甲、乙、丙三人过桥,桥上每次只能走两个人,每人过桥后再返回需要 $2$ 分钟(往返各需 $1$ 分钟),三人过桥后再返回一共至少需要 ________ 分钟。
统筹安排时间过桥问题
答案
3
解题步骤
要求花费时间尽可能少,那么就要求一直都是 $2$ 人在桥上。方法如下:第一分钟:甲、乙过去;第二分钟:甲回来,丙过去;第三分钟,乙、丙回来。
思路:让桥上始终有两人通行,安排同一人来回送行,可使总时间最短。
2. 从甲城往乙城运 $58$ 吨货物,如果用载重 $5$ 吨的大卡车运一趟,运费 $150$ 元;用载重 $2$ 吨的中卡车运一趟,运费 $80$ 元;用载重 $1$ 吨的小卡车运一趟,运费 $50$ 元。要想用最少的钱一次运完这批货物,需大卡车 ________ 辆,中卡车 ________ 辆,小卡车 ________ 辆。
统筹与对策运输优化成本最优
答案
11:1:1
解题步骤
大卡车一次运每吨货物 $150÷5=30$(元),中卡车一次运每吨货物 $80÷2=40$(元),小卡车一次运每吨货物 $50÷1=50$(元),故大卡车尽可能多运一些,中卡车与小卡车尽可能少运。
$58÷5=11……3$,大卡车最多 $11$ 辆,中卡车 $1$ 辆,小卡车 $1$ 辆。
最省的运送方法为:大卡车 $11$ 辆,中卡车 $1$ 辆,小卡车 $1$ 辆。
思路:按每吨运费由低到高排序,优先使用单位运费最低的大卡车,再用中、小卡车补足余量。
3. 在四子连游戏中,甲、乙两人轮流在 $5×5$ 的棋板上放黑白两种颜色的棋子,甲放黑子,乙放白子。最先在横行或竖列(对角线除外)上将四个棋子连成一线者胜。如图,接下来是甲放棋子,请问甲应将第四个棋子放在 ________ 处才能确保必胜。
figure
一个 $5×5$ 的方格棋盘,盘内已放有若干棋子并标注字母位置:第2行有 $E$(白圈○)和两个白圈○;第3行有一个黑子●和 $B$;第4行有 $C$ 和一个白圈○;第5行从左到右为 $D$、黑子●、黑子●、$A$。字母 $A$ 处为甲第四子待选位置之一。
博弈对策连珠对策构造双威胁
答案
A 处
解题步骤
甲把黑子放在 $A$ 处,不管乙怎么放甲都会赢。
思路:把第四子放在能同时形成两条潜在四连(双威胁)的 $A$ 处,对手无法同时堵住,甲必胜。
4. 喜羊羊和懒羊羊做游戏,喜羊羊说:你随便想一个数,并记住这个数。但不要说出来。然后用这个数加上 $70$,减去 $32$,再减去刚想的数,再乘以 $5$,再除以 $2$,我就能猜出答案。小朋友你能猜出最终的答案是多少吗?请说出其中的奥秘。
统筹与对策数字游戏代数恒等
答案
95
解题步骤
用这个数加上 $70$,减去 $32$,再减去这个数得到的结果肯定是 $70-32=38$,$38×5÷2=95$,最终的答案和想的那个数没有关系。
思路:加上某数后又减去原数,原数被抵消,结果只与固定常数有关,故答案恒定。
5. 桌上放着 $63$ 根火柴,甲、乙两人轮流每次取走 $1$ 根或 $2$ 根或 $3$ 根。 (1)规定谁拿走最后一根谁就获胜,如果甲先取,是否有必胜的方法?如有,请写出简要的方法(如没有,说明出理由)。 (2)规定谁拿走最后一根谁就算输,还是甲先取,是否有必胜的方法?如有,请写出简要的方法(如没有,说明出理由)。
博弈对策取物游戏倍数控制法
答案
(1)有;(2)有
解题步骤
(1)倒推法,$1+3=4$,从最后一根往前推,甲只需要每次取完乙留下的火柴数依次是 $4、8、12、…$就一定能保证自己赢。$63÷4=15……3$,甲只要先取走 $3$ 根,以后每次和乙去凑 $4$ 根即可必胜。
(2)规定谁取走最后一根谁输,即谁取走倒数第二根必胜,同理,$(63-1)÷4=15……2$,甲只需第一次取走两根,以后每次和乙凑 $4$ 根即可取到倒数第二根,给乙留下最后一根。
思路:利用“取数和为定值”的倍数控制法,把对方剩余数固定为 $4$ 的倍数即可必胜,第(2)问只需给对方留下最后一根。
6. 有这样一个游戏,把 $100$ 根火柴堆放在一起,两人轮流取剩下的火柴,每人每次最多取 $10$ 根,但最少取 $1$ 根,谁取最后一根,谁就是胜利者。先取者为先胜还是后取者为先胜?先胜者每次应该先取几根火柴?
博弈对策取物游戏倍数控制法
答案
1
解题步骤
因每人每次取的火柴不能超过 $10$ 根,所以先取者只要到最后一次给后取者剩下 $11$ 根,那么不管后取者取多少根,最后的赢家定是先取者。先取者每次只要给后面留下的是 $11$ 的倍数,则先取者必胜。$100-11×9=1$ 根。
思路:用“凑 $11$”策略:先手先取 $1$ 根,之后每轮把两人所取之和补成 $11$,保证最后由先手取走第 $100$ 根。
7. 小美,小明,小红和小容 $4$ 个小朋友到郊游回家时天色已晚,他们来到一条河的东岸,要渡过这一座小木桥到河的西岸,但是他们只有 $1$ 个手电筒,由于桥的承重量很小,规定每次最多只能走 $2$ 人,过桥又必须先点亮手电筒,并且 $1$ 个人持电筒走不出 $2$ 个人持电筒走得快……直到 $4$ 人都过去桥为止,已知: 小美单独过桥需 $1$ 分钟; 小明单独过桥需 $1.5$ 分钟; 小红单独过桥需 $2$ 分钟; 小容单独过桥需 $2.5$ 分钟。 那么,$4$ 个人都过完小木桥,最少要 ________ 分钟。
统筹安排时间过桥问题
答案
8
解题步骤
方法一:要想用最少的时间,$4$ 人都通过小木桥,可采用让过桥最快的小强往返走,将手电筒送回,这样就能保证时间最短了。
第一步:小强与小明一起过桥,并由小强带手电筒返回,共用 $1.5+1=2.5$(分钟);
第二步:返回原地的小强与小红过桥后再返回,共用了 $2+1=3$(分钟);
第三步:最后小强与小蓉一起过桥用了 $2.5$ 分钟;
三人共用时间:$2.5+3+2.5=8$(分钟)。
方法二:可以按相对快慢分成两组过桥。
第一步:小强与小明一起过桥,并由小强带手电筒返回,共用 $1.5+1=2.5$(分钟);
第二步:小蓉与小红过桥后再由小明返回,共用了 $2.5+1.5=4$(分钟);
第三步:最后小强与小明一起过桥用了 $1.5$ 分钟;
三人共用时间:$2.5+4+1.5=8$(分钟)。
思路:让走得最快的人专门往返送回手电,尽量减少慢者占用的时间,使总过桥时间最短。
8. 在一条公路上,每隔一百公里有一个仓库,共有五个仓库(见下图)。一号仓库存有 $10$ 吨货物,二号仓库存有 $20$ 吨货物,五号仓库存有 $40$ 吨货物,其余两个仓库是空的。现在想把所有的货物集中存放在一个仓库里,如果每吨货物运输一公里需要 $0.5$ 元的运费,那么最少要花多少运费才行?
figure
一条直线表示公路,上面等距排列 $5$ 个方块仓库,依次编号 $1$、$2$、$3$、$4$、$5$,相邻仓库间距 $100$ 公里。仓库 $1$ 下标注“$10$ 吨”,仓库 $2$ 下标注“$20$ 吨”,仓库 $5$ 下标注“$40$ 吨”,仓库 $3$、$4$ 为空。
统筹与对策运费优化加权位置选择
答案
5000
解题步骤
如果 $A$、$B$ 两地有两个仓库,且 $A$ 地的货物比 $B$ 地多,那么将 $B$ 地的货运往 $A$ 地比将 $A$ 地的货运往 $B$ 地省钱,因此,应将 $10$ 吨货由一号仓库运到二号仓库。同样,应将这 $(10+20)$ 吨货由二号仓库运到五号仓库,共用:$(10×400+20×300)×0.5=5000$(元)。
思路:把货物集中到货量最大的五号仓库,使大量货物移动距离最短,从而总运费最省。
9. 一个探险者准备穿过长为 $80$ 千米的沙漠,他一天能走 $20$ 千米,最多可以携带够 $3$ 天用的食物和水,因此,他必须在途中建立一个中转站,存放后几天所需要的食物和水。这个探险者得走 ________ 天才能穿过这片沙漠。
统筹与对策沙漠穿越中转站规划
答案
6
解题步骤
因为 $80÷20=4$(天),不考虑食物和水供给的情况下,走 $4$ 天可以穿过这个沙漠,那么在中转站里储备一天的食物和水即可,这个中转站需要建在离出发地点 $20$ 千米处,此时,来到这个中转站花费一天的食物,放下一天的食物,回到出发地花费一天的食物,从出发地再带够三天的食物即可。一共花了 $1+1+4=6$(天)。
思路:在距出发地一天路程处设中转站,往返一趟用去额外天数,存好后续粮草再一次穿越,总用时为往返加路程天数。
10. 如下图所示,这是一种两人玩的游戏,两位选手轮流在一条 $20×3$ 的长形上移动筹码。赢家是最后移动筹码者。(他移动后,四个筹码分别占了长带右顶端的四个方格,不可能再移动了。)如果筹码的位置现在如上图所示,轮到某轮你将筹码朝右移动哪一个筹码,并采取什么策略才能确保你在比赛中获胜?
figure
一条横向的方格长带,自左向右排列许多正方形方格。其中三个方格内画有圆圈标记,从左到右依次标注 $A$、$B$、$C$,分别位于带上不同位置,代表三枚筹码的当前位置。
博弈对策筹码移动游戏必胜策略
答案
把 $A$ 筹码或 $D$ 筹码向右移两格
解题步骤
把 $A$ 筹码或 $D$ 筹码向右移两格,不管对方怎么移,只要保证 $A$、$B$ 筹码间的距离与 $C$、$D$ 筹码的距离相同就能获胜。
思路:通过移动使两对筹码之间的间距保持相等,把对称局面留给对手,从而确保自己走出最后一步获胜。
11. 甲乙二人进行数学游戏,开始由甲乙二人轮流从数列 $1,2,3,…,37$ 中勾掉 $1$ 个数,直到只剩下 $1$ 个数为止。如果所写余下的 $26$ 个数的和能被 $5$ 整除,则判甲获胜,否则判乙胜,问甲乙二人是否有必胜策略?说明理由。
博弈对策余数分析数论对策
答案
解题步骤
乙有必胜策略。因为这 $27$ 个数的和为 $378$,除以 $5$ 的余数为 $3$。所以,勾掉的 $26$ 个数的和能被 $5$ 整除的充分必要条件是剩下的 $1$ 个数除以 $5$ 时余 $3$。但这 $27$ 个数中只有 $5$ 个数除以 $5$ 时余 $3$,即为 $3,8,13,18,23$。乙只要在开始 $5$ 次将这五个数划掉,甲就输定了。
思路:先算出全体之和模 $5$ 的余数,乙抓住“余 $3$ 的数恰为 $5$ 个”这一关键,依次划掉这 $5$ 个数即可保证乙胜。
12. $8$ 个小圆片分别涂有 $4$ 种颜色:红、蓝、白、黑各两个,甲乙二人轮流把圆片放在正方体的顶点上,在所有的圆片都放完之后,如果正方体上存在一条棱,其两个端点上所放的圆片同色,则甲获胜,否则乙获胜。问在这个游戏中谁有必胜策略?
博弈对策正方体顶点配对策略
答案
解题步骤
乙有必胜策略。每一次,无论甲把何种颜色的圆片放在哪一个顶点,乙总是把相同的圆片放到与此顶点关于正方体中心对称的那个顶点上就可以稳操胜券。
思路:乙采用中心对称的配对策略,把每种颜色的两片放到关于正方体中心对称的两顶点,使任意一条棱两端都不会同色。
13. 如下图所示,在一个 $2004×16$ 的长方形棋盘左上角的方格中有一个棋子(★所示)。 平太和大介按如下规则下棋: $1.$ 平太先走,以后轮流移动棋子。 $2.$ 每一次换手,棋子纵向或横向(斜向不可)走几个方格都可以,但至少要走 $1$ 个方格。 $3.$ 每个方格只允许棋子通过或落脚一次。 $4.$ 轮到哪一方没方格可走时,哪一方即失败了。 两人都在为取胜而尽力,其中必有一胜。请问:最后取胜的人是平太还是大介?为什么(取胜的策略是什么)?
figure
一个 $2004×16$ 的长方形棋盘示意图,画出左侧若干列与右侧若干列的网格,中间用省略号(虚线)表示省略的大量列。棋盘左上角的方格中有一个五角星(★)表示棋子的初始位置。
博弈对策棋盘移动配对覆盖策略
答案
平太
解题步骤
平太每次都横向走到所能走到的最远的方格,这样大介只能纵向走,只要大介有路可走,平太就一定有路走,最后取胜的人一定是平太。
思路:利用棋盘列数为偶数,把方格两两配对,甲始终走向所配对的格子,使对手每步之后甲都有路可走,从而必胜。
14. 为了维护武汉市某线路的交通状况,公交二公司维修队决定对经常发生故障的 $12$ 辆公交车进行维修,如果请二名工人维修 $12$ 辆公交车的修复时间分别为 $12,17,14,19,8,18,29,23,44,32,36,43$ 分钟。每辆电车每停开 $3$ 分钟损失 $50$ 元。现在由 $5$ 名工作效率相同的维修工人各自单独工作,要使经济损失减到最小程度,最少损失多少元?
统筹与对策并行任务调度损失最小化
答案
7100
解题步骤
使经济损失最小,$5$ 名工人的工作时间尽量相等,故有:
$12+17+14+19+8+18+29+23+44+32+36+43=295,295÷5=59$
$23+36=59;17+43$
$=60;14+44$
$=58;8+19+32$
$=59;12+18+29$
$=59$
这 $7$ 辆车最少共停开的时间为:
$(23+23+36)+(17+17+43)+(14+14+44)+(8+8+19+8+19+32)+(12+12+18+12+18+29)=426$(分钟)
每停开 $3$ 分钟损失 $50$ 元,所以最小损失为 $426÷3×50=7100$(元)。
思路:把维修任务尽量均衡地分配给 $5$ 名工人使各人总工时接近,并先修耗时短的车以减少累计停开时间,从而使损失最小。
15. 如下图所示,在 $3×3$ 的棋盘上共有 $24$ 条长为 $1$ 的小线段。甲、乙二人轮流将小线段标数,每次标一条,甲标 $0$,乙标 $1$。甲的目的是可令沿标 $0$ 的线段从南到北走,乙的目的是可以沿标 $1$ 的线段从东到西,谁先实现自己的目标为胜。现已有 $4$ 条线段标好,甲下一条怎样标就可以必胜(在图上标出)。
figure
一个 $3×3$ 的方格棋盘,四周分别标注方向:上为“北”,下为“南”,左为“西”,右为“东”。棋盘内部的小线段中已有 $4$ 条标好了数字:第一行两个方格内分别写有 $0$、$1$,第二行两个方格内分别写有 $1$、$0$,表示已经标好的小线段上的数字。
博弈对策连通对策策略偷取
答案
甲只要占据 $f$ 和 $k$ 中的一条即可获胜
解题步骤
如上图所示,甲只要占据 $f$ 和 $k$ 中的一条即可获胜。例如:甲可以先选择 $a$,此时乙只能选择 $b$;甲再选 $c$,此时乙只能选择 $d$,甲再选择 $f$,乙只能选择 $g$,此时甲只要再选择 $e$,之后不管乙怎么选都无法堵住甲了。
思路:甲抓住连通南北的关键线段(如 $f$ 或 $k$),通过迫使乙被动应招,逐步建立从南到北的通路而必胜。
16. 在纸上写有一行若干个“一”号,甲乙二人轮流将其中一个或相邻的两个“一”号改成“十”号,谁能修改到最后一个“一”号,谁就获胜。如果开始时有 $(1)9$ 个“一”号;$(2)10$ 个“一”号;$(3)n$ 个“一”号,且规定甲先走,问谁有获胜策略?
博弈对策对称策略奇偶分析
答案
解题步骤
甲有必胜策略。当共有奇数个“一”号时,甲把中间的一个“一”号改成“十”号;当共有偶数个“一”号时,甲把中间的两个“一”号改成“十”号。于是余下的“一”号被分成两段且关于这行符号的中垂线是对称的。以后,甲只要视乙如何改而总是对称地改动就必然获胜。
思路:甲第一步先在正中央动手,使局面关于中线左右对称,之后采用模仿对称策略,对乙的每步在另一侧对称应招,从而必胜。