技能站 · 这一步怎么做?

计数

不重不漏地数:分步就乘,分类就加,数重了就除,数多了就减。

操作台先别算。按“长出下一层”,看树每长一层,末梢变成原来的几倍?再用 − / + 改一改每一步的种数。

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这一招在做什么

计数只有一个要求:每个对象恰好数一次——不漏掉,也不重复。四件工具就够用了:

  1. 一件事要一步接一步做完:每一步的选法数相乘(乘法原理)。上面那棵树,每长一层,末梢就翻几倍。
  2. 一件事分成互不重叠的几类:各类的个数相加(加法原理)。
  3. 如果每个对象都被数了 遍:总数除以 。
  4. 如果几类有重叠:把多数的部分减回去(容斥)。

先猜后证

去博物馆:可以坐公交( 条线路任选一条),也可以坐地铁( 条线路任选一条)。到了以后,再从 个入口里选一个进去。一共有多少种走法?

先选定答案,才能看到结论。

跟着做一遍:排队

从甲、乙、丙、丁 个人里选 个人,排成一排照相。有多少种排法?

例:4 个人里选 3 个排成一排

第 1 / 5 步
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  1. 把事情拆成几步

    一排有三个位置。先定左边的人,再定中间的,最后定右边的——这是分步,要用乘法。树现在只有一个根。

注意第二步的理由:选法的内容随第一步而变(甲站了左边,中间就是乙丙丁),但选法的个数始终是 。乘法原理只需要“个数不变”。

数重了:除一下

如果只是选 个人去值日,不讲顺序呢?“甲乙”和“乙甲”是同一个小组。

下面左边是所有讲顺序的排法,右边是真正不同的小组。点任意一张卡片,看它在左边有几个“同伴”。

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每个小组在左边都恰好出现 次,所以小组数 。把“选几人”改成 ,每组出现几次?

先猜后证

从 个人里选 个人组成一个小组(不讲顺序)。讲顺序的排法有 种。小组有多少种?

种
先选定答案,才能看到结论。

同一个办法还能对付“围成一圈”。 个人围着圆桌坐,转一转算同一种坐法:

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给座位编上号有 种坐法;每种圆桌坐法转 次得到 张不同的卡片,所以是 种。

街道上数路线

从 A 走到 B,只许向右或向上。到某个路口的路线,最后一步要么从左边来,要么从下边来——两类互不重叠,所以

先猜后证

先猜一个小的:横 格、竖 格的街区,从左下角走到右上角(只向右或向上),有几条路线?

条
先选定答案,才能看到结论。

换一个角度:横 格、竖 格,每条路线都恰好走 步,其中 步向上。哪 步向上一旦选定,路线就定了,所以路线数是 ——和一格一格加出来的一样。

例:中间有一个路口在修路

第 1 / 5 步
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  1. 路障处写 0

    路口 封了:经过它的路线一条也不算,所以它的数是 。最下面一行和最左面一列照旧是 。

数多了:减回去

中,是 的倍数或 的倍数的数有多少个?两类有重叠,直接相加会把重叠部分数两遍。

在下面的图里,给每一项选“加”或“减”。每个数旁边的小标签告诉你它现在被数了几次——目标是圈里的每个数恰好一次。

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先只加 和 ,看看哪些数被数了 次。

三个集合时,事情多了一层。先自己试试:

先猜后证

中,是 、、 之中至少一个数的倍数的,有多少个?

先选定答案,才能看到结论。

什么时候不灵

“数重了就除”有一个前提:每个对象被重复数的次数相同。

Break it

反例实验室:去掉一个条件

结论:总数 ÷ 重复次数 = 真正的个数

用字母 A、A、B 拼三个字母的“单词”。先把两个 A 当成不同的 A₁、A₂,有 种排法。每个单词都被数了 次,所以是 个。

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练一练

练习 1基础

食堂的套餐要从 种主食、 种汤、 种水果里各选一样。一共能配出多少种套餐?

练习 2基础

支球队进行单循环赛(每两队之间恰好比一场)。一共要比多少场?

练习 3提高

横 格、竖 格的街区,从左下角 A 走到右上角 B,只能向右或向上。路口 在施工,不能经过。有多少条路线?

练习 4提高

中,既不是 的倍数、也不是 的倍数的数有多少个?

练习 5挑战

用数字 组成没有重复数字的三位偶数,一共有多少个?

错误博物馆 · 本站展品

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展品

该乘的时候用了加

错误的做法: 件上衣、 条裤子,各选一件,一共有 种搭配。
错在哪里?先想一想,再打开

病因 选上衣和选裤子是一步接一步都要做的事:每一件上衣后面都能接 条裤子。只有“要么这样、要么那样”的几类才相加。

正确的做法:画一棵树:第一层 个分支,每个分支下再分 支,末梢有 个。

「分步相乘,分类相加——先问自己是“接着”还是“或者”」

展品

握手数了两遍

错误的做法: 个人两两握手一次。每人要握 次,所以一共 次。
错在哪里?先想一想,再打开

病因 甲和乙握手,在“甲的 次”里数了一遍,在“乙的 次”里又数了一遍。每一次握手都被数了 遍。

正确的做法:每次握手恰好被数 遍,所以除以 : 次。

「数完先问一句:同一个东西被我数了几遍?」

展品

两类有重叠,却直接相加

错误的做法: 中, 的倍数有 个, 的倍数有 个,所以“是 或 的倍数”的数有 个。
错在哪里?先想一想,再打开

病因  既是 的倍数又是 的倍数,在两类里各数了一次。加法原理要求各类互不重叠。

正确的做法:把重叠的 个减掉一次: 个。

「相加之前,先看两类有没有公共部分」