初一数学竞赛教程含例题练习及答案⑾.pptx

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故不论如何涂色,总可以找到两个同色的三角形。 二、赋值法
将问题中的某些对象用适当的数表示之后,再进行运算、推理、解题的方法 叫做赋值法。许多组合问题和非传统的数论问题常用此法求解。常见的赋值方式 有:对点赋值、对线段赋值、对区域赋值及对其他对象赋值。
例 8 一群旅游者,从 A 村走到 B 村,路线如下图所示。怎样走才能在最短 时间内到达 B 村?图中的数字表示走这一段路程需要的时间(单位:分)。
下面再来证明有两个同色三角形:不妨设△ABC 的三条边都是红色的。若△ DEF 也是三边同为红色的,则显然就有两个同色三角形;若△DEF 三边中有一条 边为蓝色,设其为 DE,再考虑 DA,DB,DC 三条线段:若其中有两条为红色,则 显然有一个红色三角形;若其中有两条是蓝色的,则设其为 DA,DB。此时在 EA, EB 中若有一边为蓝色,则存在一个蓝色三角形;而若两边都是红色,则又存在 一个红色三角形。
若把图(3)放在(7,12,13,17)位置上,则方格 1 这一格只能由图(2) 或图(6)来占据。如果图(2)放在(1,2,3,4),那么图(6)无论放在何
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处都要出现孤立空格;如果把图(6)放在(1,4,5,10),那么 2,3 这两格 放哪一图形都不合适。
例 6 有一批商品,每件都是长方体形状,尺寸是 1×2×4。现在有一批现成 的木箱,内空尺寸是 6×6×6。问:能不能用这些商品将木箱填满?
解:我们用染色法来解决这个问题。先将 6×6×6 的木箱分成 216 个小正方 体,这 216 个小正方体,可以组成 27 个棱长为 2 的正方体。我们将这些棱长为 2 的正方体按黑白相间涂上颜色(如下图)。
解:如下图,将 8×8 的棋盘染成黑白相间的形状。如果 15 个“T”字形纸 片和 1 个“田”字形纸片能够覆盖一个 8×8 的棋盘,那么它们覆盖住的白格数 和黑格数都应该是 32 个,但是每个“T”字形纸片只能覆盖 1 个或 3 个白格,而 1 和 3 都是奇数,因此 15 个“T”字形纸片覆盖的白格数是一个奇数;又每个“田 ” 字形纸片一定覆盖 2 个白格,从而 15 个“T”字形纸片与 1 个“田”字形纸片所 覆盖的白格数是奇数,这与 32 是偶数矛盾,因此,用它们不能覆盖整个棋盘。
那么其它图形如何拼呢?为了说明方便,给每一格编一个数码(见左下图)。
因为图(3)是 3 白 1 黑,所以为使角上不空出一格,它只能放在(1,3,4 , 5)或(7,12,13,17)或(11,15,16,21)这三个位置上。
若放在(1,3,4,5)位置上,则图(6)只能放在(7,12,13,18)或(15 , 16,19,20)或(2,7,8,13)这三个位置,但是前两个位置是明显不行 的, 否则角上会空出一格。若放在(2,7,8,13)上,则图(2)只能放在( 12,17, 18,19)位置上,此时不能同时放下图(4)和图(5)。
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解:如左下图所示,将 8×8 方格黑白交替地染色。
此题允许右上图所示的 6 个操作,这 6 个操作无论实行在哪个位置上,白格 中的数字之和减去黑格中的数字之和总是常数。所以图 1 中白格中的数字之和减 去黑格中的数字之和,与图 2 中白格中的数字之和减去黑格中的数字之和相等, 都等于 32,由(31+A)-32=32,得出 A=33。
将问题中的对象适当进行染色,有利于我们观察、分析对象之间的关系。像 国际象棋的棋盘那样,我们可以把被研究的对象染上不同的颜色,许多隐藏的关 系会变得明朗,再通过对染色图形的处理达到对原问题的解决,这种解题方法称 为染色法。常见的染色方式有:点染色、线段染色、小方格染色和对区域染色。
例 1 用 15 个“T”字形纸片和 1 个“田”字形纸片(如下图所示),能否 覆盖一个 8×8 的棋盘?
例 7 6 个人参加一个集会,每两个人或者互相认识或者互相不认识。证明: 存在两个“三人组”,在每一个“三人组”中的三个人,或者互相认识,或者互 相不认识(这两个“三人组”可以有公共成员)。
学无 止 境 证明:将每个人用一个点表示,如果两人认识就在相应的两个点之间连一条 红色线段,否则就连一条蓝色线段。本题即是要证明在所得的图中存在两个同色 的三角形。 设这六个点为 A,B,C,D,E,F。我们先证明存在一个同色的三角形: 考虑由 A 点引出的五条线段 AB,AC,AD,AE,AF,其中必然有三条被染成 了相同的颜色,不妨设 AB,AC,AD 同为红色。再考虑△BCD 的三边:若其中有 一条是红色,则存在一个红色三角形;若这三条都不是红色,则存在一个蓝色三 角形。
容易计算出,有 14 个黑色的,有 13 个白色的。现在将商品放入木箱内,不 管怎么放,每件商品要占据 8 个棱长为 1 的小正方体的空间,而且其中黑、白色 的必须各占据 4 个。现在白色的小正方体共有 8×13=104(个),再配上 104 个 黑色的小正方体,一共可以放 26 件商品,这时木箱余下的是 8 个黑色小正方体 所占据的空间。这 8 个黑色的小正方体的体积虽然与一件商品的体积相等,但是 容不下这件商品。因此不能用这些商品刚好填满。
如果在走了若干步以后,棋盘上恰好剩下一枚棋子,则两部分上的棋子数为 偶数,而另一部分的棋子数为奇数,这种结局是不可能的,即不存在一种走法, 使棋盘上最后恰好剩下一枚棋子。
例 5 图 1 是由数字 0,1 交替构成的,图 2 是由图 1 中任选
多次形成的。问:图 2 中的 A 格上的数字是多少?
减 1,如此反复
解:我们先把从 A 村到各村的最短时间标注在各村的旁边,从左到右,一一 标注,如下图所示。
由此不难看出,按图中的粗黑线走就能在最短时间(60 分钟)内从 A 村走 到 B 村。
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例 9 把下图中的圆圈任意涂上红色或蓝色。问:有无可能使得在同一条直 线上的红圈数都是奇数?请说明理由。
解:假设题中所设想的染色方案能够实现,那么每条直线上代表各点的数字 之和便应都是奇数。一共有五条直线,把这五条直线上代表各点的数字之和的这 五个奇数再加起来,得到的总和数仍应是一个奇数。但是,由观察可见,图中每 个点都恰好同时位于两条直线上,在求上述总和数时,代表各点的数字都恰被加 过两次,所以这个总和应是一个偶数。这就导致矛盾,说明假设不成立,染色方 案不能实现。
例 3 8×8 的国际象棋棋盘能不能被剪成 7 个 2×2 的正方形和 9 个 4×1 的 长方形?如果可以,请给出一种剪法;如果不行,请说明理由。
解:如下图,对 8×8 的棋盘染色,则每一个 4×1 的长方形能盖住 2 白 2 黑小方格,每一个 2×2 的正方形能盖住 1 白 3 黑或 3 白 1 黑小方格。推知 7 个 正方形盖住的黑格总数是一个奇数,但图中的黑格数为 32,是一个偶数,故这 种剪法是不存在的。
例 2 如左下图,把正方体分割成 27 个相等的小正方体,在中心的那个小正 方体中有一只甲虫,甲虫能从每个小正方体走到与这个正方体相邻的 6 个小正方 体中的任何一个中去。如果要求甲虫只能走到每个小正方体一次,那么甲虫能走 遍所有的正方体吗?
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解:甲虫不能走遍所有的正方体。我们如右上图将正方体分割成 27 个小正 方体,涂上黑白相间的两种颜色,使得中心的小正方体染成白色,再使两个相邻 的小正方体染上不同的颜色。显然,在 27 个小正方体中,14 个是黑的,13 个是 白的。甲虫从中间的白色小正方体出发,每走一步,方格就改变一种颜色。故它 走 27 步,应该经过 14 个白色的小正方体、13 个黑色的小正方体。因此在 27 步 中至少有一个小正方体,甲虫进去过两次。由此可见,如果要求甲虫到每一个小 正方体只去一次,那么甲虫不能走遍所有的小正方体。
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初一数学竞赛讲座
第 11 讲 染色和赋值
染色方法和赋值方法是解答数学竞赛问题的两种常用的方法。就其本质而 言,染色方法是一种对题目所研究的对象进行分类的一种形象化的方法。而凡是 能用染色方法来解的题,一般地都可以用赋值方法来解,只需将染成某一种颜色 的对象换成赋于其某一数值就行了。赋值方法的适用范围要更广泛一些,我们可 将题目所研究的对象赋于适当的数值,然后利用这些数值的大小、正负、奇偶以 及相互之间运算结果等来进行推证。 一、染色法
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8 15 3 14 1 4 22 24
表3 11 2 4 19 8 5 24 7 18 20 2 19 3 6 25 1
表4 容易看出,每次操作使四个数字改变了奇偶性,而 16 个数字的和的奇偶性 没有改变。因为表 3 中 16 个数字的和为 213,表 4 中 16 个数字的和为 174,它 们的奇偶性不同,所以表 3 不能变成表 4,即表 1 不能变成表 2。 例 12 如图(1)~(6)所示的六种图形拼成右下图,如果图(1)必须放 在右下图的中间一列,应如何拼?
解:把右上图黑、白相间染色(见上图)。其中有 11 个白格和 10 个黑格, 当图形拼成后,图形(2)(4)(5)(6)一定是黑、白各 2 格,而图形(3) 必须有 3 格是同一种颜色,另一种颜色 1 格。因为前四种图形,黑、白已各占 2 ×4=8(格),而黑格总共只有 10 格,所以图形(3)只能是 3 白 1 黑。由此知 道图(1)一定在中间一列的黑格,而上面的黑格不可能,所以图(1)在中间 一 列下面的黑格中。
例 10 平面上 n(n≥2)个点 A1,A2,…,An 顺次排在同一条直线上,每点 涂上黑白两色中的某一种颜色。已知 A1 和 An 涂上的颜色不同。证明:相邻两点 间连接的线段中,其两端点不同色的线段的条数必为奇数。
证明:赋予黑点以整数值 1,白点以整数值 2,点 Ai 以整数 值为 ai,当 Ai 为黑点时,ai=1,当 Ai 为白点时,ai=2。再赋予线段 AiAi+1 以 整数值 ai+ai+1,则两端同色的线段具有的整数值为 2 或 4,两端异色的线段具有 的整数值为 3。 所有线段对应的整数值的总和为 (a1+a2)+(a2+a3)+(a3+a4)+…+(an-1+an) =a1+an+2(a2+a3+…+an-1) =2+1+2(a2+a3+…+an-1)=奇数。 设具有整数值 2,3,4 的线段的条数依次为 l,m,n,则 2l+m+4n=奇数。 由上式推知,m 必为奇数,证明完毕。 例 11 下面的表 1 是一个电子显示盘,每一次操作可以使某一行四个字母同 时改变,或者使某一列四个字母同时改变。改变的规则是按照英文字母的顺序, 每个英文字母变成它的下一个字母(即 A 变成 B,B 变成 C……Z 变成 A)。问 : 能否经过若干次操作,使表 1 变为表 2?如果能,请写出变化过程,如果不 能, 请说明理由。 S O B R K B DS TZ FPHE X G HOCN RTBS ADVX C FYA 表1表2 解:不能。将表中的英文字母分别用它们在字母表中的序号代替(即 A 用 1 , B 用 2……Z 用 26 代替)。这样表 1 和表 2 就分别变成了表 3 和表 4。 每一次操作中字母的置换相当于下面的置换: 1→2,2→3,…,25→26,26→1。 19 15 2 18 20 26 6 16
例 4 在平面上有一个 27×27 的方格棋盘,在棋盘的正中间摆好 81 枚棋子, 它们被摆成一个 9×9 的正方形。按下面的规则进行游戏:每一枚棋子都可沿水 平方向或竖直方向越过相邻的棋子,放进紧挨着这枚棋子的空格中,并把越过的 这枚棋子取出来。问:是否存在一种走法,使棋盘上最后恰好剩下一枚棋子?
解:如下图,将整个棋盘的每一格都分别染上红、白、黑三种颜色,这种染 色方式将棋盘按颜色分成了三个部分。按照游戏规则,每走一步,有两部分中的 棋子数各减少了一个,而第三部分的棋子数增加了一个。这表明每走一步,每个 部分的棋子数的奇偶性都要改变。
因为一开始时,81 个棋子摆成一个 9×9 的正方形,显然三个部分的棋子数 是相同的,故每走一步,三部分中的棋子数的奇偶性是一致的。
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