加法原理(二)
我們通常解題,總是要先列出算式,然后求解。可是對有些題目來說,這樣做不僅麻煩,而且有時根本就列不出算式。這一講我們介紹利用加法原理在“圖上作業”的解題方法。
例1小明要登上10級臺階,他每一步只能登1級或2級臺階,他登上10級臺階共有多少種不同的登法?
分析與解:登上第1級臺階只有1種登法。登上第2級臺階可由第1級臺階上去,或者從平地跨2級上去,故有2種登法。登上第3級臺階可從第1級臺階跨2級上去,或者從第2級臺階上去,所以登上第3級臺階的方法數是登上第1級臺階的方法數與登上第2級臺階的方法數之和,共有1+2=3(種)……一般地,登上第n級臺階,或者從第(n—1)級臺階跨一級上去,或者從第(n—2)級臺階跨兩級上去。根據加法原理,如果登上第(n—1)級和第(n—2)級分別有a種和b種方法,則登上第n級有(a+b)種方法。因此只要知道登上第1級和第2級臺階各有幾種方法,就可以依次推算出登上以后各級的方法數。由登上第1級有1種方法,登上第2級有2種方法,可得出下面一串數:
1,2,3,5,8,13,21,34,55,89。
其中從第三個數起,每個數都是它前面兩個數之和。登上第10級臺階的方法數對應這串數的第10個,即89。也可以在圖上直接寫出計算得出的登上各級臺階的方法數(見下圖)。
例2在左下圖中,從A點沿實線走最短路徑到B點,共有多少條不同路線?
分析與解:題目要求從左下向右上走,所以走到任一點,例如右上圖中的D點,不是經過左邊的E點,就是經過下邊的F點。如果到E點有a種走法(此處a=6),到F點有b種走法(此處b=4),根據加法原理,到D點就有(a+b)種走法(此處為6+4=10)。我們可以從左下角A點開始,按加法原理,依次向上、向右填上到各點的走法數(見右上圖),最后得到共有35條不同路線。
例3左下圖是某街區的道路圖。從A點沿最短路線到B點,其中經過C點和D點的不同路線共有多少條?
分析與解:本題可以同例2一樣從A標到B,也可以將從A到B分為三段,先是從A到C,再從C到D,最后從D到B。如右上圖所示,從A到C有3種走法,從C到D有4種走法,從D到B有6種走法。因為從A到B是分幾步走的,所以應該用乘法原理,不同的路線共有
3×4×6=72(條)。
例4沿左下圖中箭頭所指的方向從A到B共有多少種不同的走法?
分析與解:如右上圖所示,先標出到C點的走法數,再標出到D點和E點的走法數,然后標出到F點的走法數,最后標出到B點的走法數。共有8種不同的走法。
例5有15根火柴,如果規定每次取2根或3根,那么取完這堆火柴共有多少種不同取法?
分析與解:為了便于理解,可以將本題轉變為“上15級臺階,每次上2級或3級,共有多少種上法?”所以本題的解題方法與例1類似(見下表)。
注意,因為每次取2或3根,所以取1根的方法數是0,取2根和取3根的方法數都是1。取4根的方法數是取1根與取2根的方法數之和,即0+1=1。依此類推,取n根火柴的方法數是取(n-3)根與取(n-2)根的方法數之和。所以,這串數(取法數)中,從第4個數起,每個數都是它前面第3個數與前面第2個數之和。取完15根火柴共有28種不同取法。