四年级 · 第 21 讲 · 深度理解(面向学生 / 家长)

应用最值

💡 求最值,就是在所有限制下,把要的那个量往一个极端方向使劲推,看它最多/最少能到几。

🎯找核心概念

这是哪类问题:这一讲专门解决「在一堆限制条件下,求某个量最大能到多少、最小能到多少」这类问题。题目里几乎都带着「最多」「最少」「至少」「至多」这样的字眼,藏在购物花钱、比赛得分、摸球抽屉、空瓶换酒、排页码、转圈跳格等各种生活情景里。它不是某一个固定公式,而是一种「想极端情况」的思考方式:要让结果最大,就把有利的因素推到顶;要让结果最小,就把不利的因素压到底。

关键词(大白话):

🔍理解本质规律

看得见的规律把它想成「拔河」或「跷跷板」。题目里有几个量在抢同一份总资源(总费用、总分、总页数)。你想让其中一个量变大,就得把绳子往它这边拉到极限,别的量被拉到另一头的尽头;想让它变小,就松手让别人把资源抢光。最值就出现在绳子被拉到「再也拉不动」的那个边界位置。\n再比如最不利原则,就像闭着眼从一堆袜子里抓袜子凑一双:你得假设运气差到每次都抓不同的,多抓一只才稳赢——这「多一只」就是答案。
为什么这样解一个量能取的所有值,落在一段范围里,两头是边界。最大值一定出现在某个边界上,而不是中间——因为只要还没顶到限制,就还能再往上推一点。所以解最值的窍门是:找出是哪个条件先「卡住」了它(比如费用占一半、脚的数量、错题分值),那个最先被卡住的边界就是答案。\n求「保证」类的下界也是同理:如果在最坏情况下都够用,那在任何更好的情况下当然也够用,所以只需盯住最坏情况这一个极端。

🗂️分类总结题型

题型怎么一眼认出用什么方法
资源分配求最值g4-c21-p01题目给一笔总量(总费用、总分、总智商)和几条「不超过」「比…多」的限制,问某个量最多/最少。让目标量有利方向取到约束边界(如占总费用一半、平均数上限),其余量配合取极端,再除以单价/单位算件数。
上下界取舍(鸡兔同笼式最值)g4-c21-p03每个个体的某属性有上下限(如每只蟹至少1螯至多2螯),问个体总数最多/最少。分别按两种属性算出数量,求最多取较小的限制值、求最少取较大的限制值(被卡得更紧的那个说了算)。
最不利原则与抽屉原理g4-c21-p04出现「至少多少人/次才能保证一定有…重复/都对/不一样」。先数出所有不同情况(抽屉数)或最多能错开多少,再加1或反推,保证在最坏情形下也成立。
凑数与二进制g4-c21-p05用最少的袋子/组合凑出任意数量,或问哪个总分凑不出来。用1,2,4,8…的2的幂分装可凑任意数(二进制);飞镖类则枚举所有可凑结果找第一个缺口。
配对与排序求最值g4-c21-p08两组数要两两配对,问差之和/总分的最大或最小。求和最大就让大数配小数(大当被减数);理解每轮得分本质是点数差,总和即各对差之和。
奇偶与周期分析g4-c21-p15涉及奇数页/偶数页、转圈跳格、循环位置的最值。用奇偶性或余数循环确定位置,合理安排次序让满足条件的数量最多/跳跃次数最少。
分组优惠求最省g4-c21-p12票价/包装带优惠(免费带、联票、单价不同),问最少花多少钱。先用足免费名额,再尽量用单价最低的方案,合理搭配分组使总价最低。
平均数约束求最值g4-c21-p18给若干场平均分的大小关系,问某一场至少/至多得多少。用平均数把总和卡出上下界,让其它场取极端值,逼出目标场的最值。

✏️举例验证

例 1 g4-c21-p01
题:总费用66元,甲文具费用不超过总费用一半,甲单价3元,问甲最多买几件。
按规律解:要让甲买得最多,就让甲的费用顶到「一半」这个上限:$66\div2=33$(元)。甲单价3元,于是 $33\div3=11$(件)。
为什么对:甲买几件由它的费用决定,而费用被「不超过一半」卡住,所以费用取到一半就是边界,此时件数最大。再多一件费用就超过一半,违反条件,所以11就是最多。
例 2 g4-c21-p04
题:红黄蓝三色球各15个,每人摸2个,至少几人才能保证有两人摸的一样。
按规律解:先数摸2个球的所有不同搭配:红红、黄黄、蓝蓝、红黄、红蓝、黄黄……共6种(抽屉)。$6+1=7$,所以至少7人。
为什么对:用最不利原则:前6个人有可能每人都摸到不同的搭配(最坏情况),但第7个人无论怎么摸,他的搭配一定和前面某人重复。6个人不保证,7个人才保证。
例 3 g4-c21-p06
题:共15题,四人各对11、12、13、14题,问四人都对的题最少几道。
按规律解:四人各错 $4,3,2,1$ 道。要让「都对」尽量少,就让错题尽量错开,错题总数最多 $4+3+2+1=10$ 道。$15-10=5$,四人都对的至少5道。
为什么对:用最不利原则把错题尽量分散到不同题上,被「错过」的题最多10道,剩下5道是谁都没错的,也就是四人都对的。错题再想错开也错不出第11道(总共才15题且这样安排已最大),所以5是最少。
例 4 g4-c21-p08
题:两人各持1~10的牌,每轮点数大者得分(大减小),10轮总分之和最大是多少。
按规律解:每轮得分就是两张牌的点数差,总分=10对牌的差之和。让大数配小数:$(10+10+9+9+8+8+7+7+6+6)-(5+5+4+4+3+3+2+2+1+1)=80-30=50$。
为什么对:因为每轮得分本质是「大牌减小牌」,要让差之和最大,就该让最大的几张当被减数、最小的几张当减数。把6~10当大数、1~5当小数配对,每一对的差都拉到最大,总和自然最大,所以是50。

🌱拓展应用

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