教小学数学这些年,抽屉原理,也叫鸽巢原理,一直是小升初、奥数拓展、思维训练里面非常经典的一类题型。很多孩子第一次接触的时候,觉得文字描述很绕,读不懂题,一碰到“至少保证”这种字眼就发懵,要么不会构造抽屉,要么忘记最不利原则,考试白白丢分。
很多家长也跟我说,孩子平时计算题没问题,但是这种逻辑类的组合数学题,思路转不过弯。今天这篇,我就把抽屉原理的两条核心定理、解题思路、经典例题完整拆解,适合小学五六年级预习,小升初总复习,也适合初中拓展思维训练,建议家长收藏打印给孩子。
我们先从最经典的例子入手,就像图里面:10个红苹果放进9个抽屉,不管怎么放,至少有一个抽屉里面,会有2个或者更多苹果。这个例子非常直观,也是抽屉原理最原始的模型。很多孩子看到这个例子能明白,但是换成球、卡片、袜子、生日这类题目,就不会迁移,本质就是没有真正理解原理,只会背文字。
我们来看抽屉原理第一条:如果把N+k(k≥1)个物体放进N个抽屉,那么至少有一个抽屉里面,要放进两个或者更多物体。通俗理解就是,物体数量比抽屉数量多,就一定无法做到每个抽屉只放1个,必然有抽屉至少装2个。比如5本书放进4个书架,书比书架多一本,就一定至少有一个书架上有至少2本书,这就是原理一,属于最基础版本。
然后是抽屉原理第二条,也是考试考得更多的进阶版本:如果把m×N+k(k≥1)个物体放进N个抽屉,那么至少有一个抽屉里面,要放进m+1个或者更多物体。这个版本是解决“保证有n个同色、同类”这类题目的核心。这里一定要跟孩子讲清楚,做这类题,核心思维叫做最不利原则,也叫最坏情况思想。
什么叫最不利?就是想要达成目标,我们先假设运气最差,每一种类型,都尽量取不到我们想要的数量,每种都差一点点,全部拿完之后,再多拿1个,就一定能满足题目要求。这个思想,是抽屉原理大题的灵魂,很多学生不会做,就是想不到从最坏情况去思考。
我们就拿图上这道经典例题来演示:盒子里面有红色、蓝色、黄色、白色四种颜色球若干,要保证取出的球里面,有5个球颜色相同,最少要取出多少个球?
首先第一步,先确定抽屉,四种颜色,就相当于4个抽屉。我们的目标,是至少有一种颜色达到5个。按照最不利原则,运气最差的时候,每种颜色我们都只拿到4个,还没有任何一种颜色凑够5个,也就是4×4=16个球。这个时候,再随便多取出1个球,不管这个球是哪一种颜色,那一种颜色就会变成5个,满足题目条件。所以答案就是4×4+1=17个。
这里一定要提醒孩子易错点:很多孩子直接写5,或者直接用4+5,完全错了。题目关键词是保证,不是“有可能拿到”。有可能你运气很好,连续拿5个都是红球,但是题目要求是不管怎么取,都一定能出现5个同色,所以必须考虑最坏情况,这就是“保证”两个字的含义,也是这类题最容易理解错的地方。
接下来我再补充几道常见变式,帮孩子巩固模型。比如经典袜子题:抽屉里面黑、白、灰三种颜色袜子,要保证拿到一双同色袜子,按照原理一,3种颜色就是3个抽屉,最不利每种拿1只,一共3只,再多拿1只,也就是4只,就一定能凑成一双。如果题目升级,要保证拿到3只同色袜子,就用原理二,每种先拿2只,2×3+1=7只。还有生日问题:一年365天,至少多少人,才能保证至少两个人同一天生日,这个也是抽屉原理,365天相当于365个抽屉,366个人就一定至少有两人同一天生日,这类生活场景题型,小升初非常爱考。
这里还要讲一个非常关键的做题步骤,以后孩子碰到抽屉原理题目,固定三步走:
第一步,识别题目,看到关键词“至少、保证、一定有”,优先想到抽屉原理;
第二步,构造抽屉,也就是把分类标准找出来,颜色、类别、日期、余数,都可以当成抽屉;
第三步,运用最不利原则,每种抽屉先放m个,再加1,算出最终结果。
很多拓展题还会有变形,比如按照除以某个数的余数来构造抽屉,比如自然数除以3,余数只有0、1、2三种,也就是3个抽屉,任取4个自然数,就一定至少有两个数除以3余数相同,两数之差就能被3整除,这类余数抽屉,是小升初压轴思维题,难度会比单纯颜色取球高一点。
最后跟家长和孩子说,抽屉原理属于组合数学入门,它不考复杂计算,重点是逻辑思维。很多孩子觉得奥数难,其实就是这类逻辑模型见得少,不知道固定思考方式。平时可以多拿生活例子做练习,比如扑克牌抽牌、拿书、拿糖果,让孩子自己体会最不利思想,不要死背公式。
这个模型虽然篇幅不大,但是思维价值很高,它训练的是极端情况分析,这种思维,到初中高中排列组合、概率板块还会继续用到。这份知识点建议收藏,小升初刷题的时候,专门找同类型题目巩固,把构造抽屉、最不利原则练熟,这类题型就可以稳定拿分。
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