加法原理计数方法详解:奥数基础知识点、易错点与练习题PDF下载
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2025-12-20
加法原理:分类
知识要点
💡 核心概念
加法原理,也叫分类计数原理。它解决的是“分类做事”的问题。想象一下,你要从家去学校,有好几种完全不同的方式:可以坐3路公交车,或者坐5路公交车,还可以骑共享单车。那么,你一共有多少种去学校的方法呢?
答案很简单,就是把每种方式的数量加起来:\( 3 + 5 + 1 = 9 \) 种。这里的关键是,这些方式是“分类”的,你选择了坐3路车,就不会同时选择骑单车,它们是互相独立的。简单说,就是“要么…要么…”的关系。计算总数时,就要“分开数,再相加”。
📝 计算法则
- 判断:看完成一件事的方法,是不是可以分成几类互不重叠的方式。
- 分类:按照一个合理的标准,把所有可能的情况分成几类,确保“不重复、不遗漏”。
- 计数:数出每一类中具体有多少种方法。
- 相加:把每一类的方法数加起来,得到总方法数。
🎯 记忆口诀
事情一步成,方法有多类。各类分开数,最后加一起。
🔗 知识关联
- 一年级上册:分类与整理——学习将物品按不同标准分类,是加法原理分类思想的基础。
- 二年级上册:100以内的加法和减法——加法原理最终需要用到加法运算。
- 未来关联:乘法原理——加法原理解决“分类”问题(要么…要么…);乘法原理解决“分步”问题(先…再…)。两者是计数问题的两大基石。
易错点警示
❌ 错误1:与乘法原理混淆
[错误做法] 从甲地到乙地有3条路,从乙地到丙地有2条路,问从甲地经乙地到丙地有多少种走法?错误列式:\( 3 + 2 = 5 \) (种)
✅ 正解:这需要“先”从甲到乙,“再”从乙到丙,是分步完成,应用乘法原理。正确列式:\( 3 \times 2 = 6 \) (种)
❌ 错误2:分类重复或遗漏
[错误做法] 一个自然数在1-10之间,它是2的倍数或3的倍数,这样的数有几个?错误做法:2的倍数有5个,3的倍数有3个,共 \( 5+3=8 \) 个。
✅ 正解:数字6既是2的倍数又是3的倍数,被重复计算了。正确的分类是:只是2的倍数:2,4,8,10 (4个);只是3的倍数:3,9 (2个);既是2又是3的倍数:6 (1个)。总数为 \( 4+2+1=7 \) 个。或者用包含排除原理:\( 5+3-1=7 \) 个。
❌ 错误3:忽略题意,盲目相加
[错误做法] 书架上有5本不同的故事书和4本不同的科技书,小明想借1本书,有多少种借法?错误列式:先算借故事书有5种,再算借科技书有4种,然后… \( 5 \times 4 = 20 \) (种)?
✅ 正解:小明“只借1本”,要么借故事书,要么借科技书。这是典型的分类问题,应用加法原理:\( 5 + 4 = 9 \) (种)。
三例题精讲
🔥 例题1:小明的早餐可以选择一种主食:包子或油条;可以选择一种饮品:豆浆或牛奶。如果他必须选一种主食和一种饮品配成一套早餐,有多少种不同的搭配?
📌 第一步:分析问题。要完成“配成一套早餐”这件事,需要分两步:先选主食,再选饮品。这是“分步”问题,应用乘法原理。
📌 第二步:计算。选主食有2种方法,选饮品有2种方法。搭配总数 = \( 2 \times 2 \)。
📌 第三步:得出结果。\( 2 \times 2 = 4 \) (种)。
✅ 答案:4种。
💬 总结:本题故意设计成与加法原理易混淆的“分步”情境,意在强调审题的重要性。看清是“分类”还是“分步”是关键。
🔥 例题2:学校趣味运动会有三个项目:跳绳、踢毽子和拍皮球。每位同学至少要报1项,最多报3项。小华想从这三个项目中选一些来报名,他有多少种不同的报名方式?
📌 第一步:分析问题。小华的报名方式可以按“报了几个项目”来分类。
📌 第二步:分类计数。
第一类:只报1项。有3种方式(只报跳绳、只报踢毽子、只报拍皮球)。
第二类:报2项。需要从三项中选两项。可以枚举:跳绳+踢毽子、跳绳+拍皮球、踢毽子+拍皮球。共3种方式。
第三类:报3项。只有1种方式(全报)。
📌 第三步:相加求和。总方式 = \( 3 + 3 + 1 \)。
✅ 答案:\( 3 + 3 + 1 = 7 \) (种)。
💬 总结:对于情况较多的问题,找到一个清晰、不重复的分类标准(如本例中的“报名项数”)是解题的突破口。
🔥 例题3:用数字1,3,5可以组成多少个没有重复数字的两位数?
📌 第一步:分析问题。组成一个两位数需要确定十位和个位。我们可以按照“十位上的数字是几”来分类,这样分类清晰且不会乱。
📌 第二步:分类计数。
第一类:十位是1。那么个位可以是3或5。组成13,15。共2个。
第二类:十位是3。那么个位可以是1或5。组成31,35。共2个。
第三类:十位是5。那么个位可以是1或3。组成51,53。共2个。
📌 第三步:相加求和。总个数 = \( 2 + 2 + 2 \)。
✅ 答案:\( 2 + 2 + 2 = 6 \) (个)。
💬 总结:这也是一个可以用乘法原理(\( 3 \times 2 = 6 \))解决的问题。但用“按十位数字分类”的加法原理解答,思路同样自然,并且能很好地体现“分类”思想。两种方法可以相互验证。
练习题(10道)
- 小红有3支红色铅笔和2支蓝色铅笔,她任选1支,有几种不同的选法?
- 从北京到上海,可以坐高铁、飞机或者长途汽车。如果每天高铁有10趟,飞机有8个航班,长途汽车有5班,那么一天中从北京到上海共有多少种不同的交通选择?
- 一个骰子有6个面,点数分别是1,2,3,4,5,6。掷一次骰子,朝上的点数要么是偶数,要么是大于3的数。满足条件的点数有几种可能?
- 书架上有4本不同的漫画书和5本不同的童话书,小明要借2本书,并且要求这2本书必须是同一种类的(要么都是漫画书,要么都是童话书),他有几种不同的借法?
- 用数字0,2,4可以组成多少个没有重复数字的两位数?
- 班级里有会唱歌的学生10人,会跳舞的学生8人,其中既会唱歌又会跳舞的有3人。请问,至少会唱歌或跳舞中一项的学生有多少人?
- 从1写到100,一共写了多少个数字“5”?
- 食堂午餐提供2种荤菜和3种素菜。如果一份套餐必须包含1荤1素,有多少种搭配?如果一份套餐可以只打1个菜(荤或素),有多少种选择?
- 小芳有3件不同的上衣和2条不同的裤子。如果她今天只想穿一件上衣或一条裤子(而不是一套),有多少种穿着选择?
- 一个两位数,它的十位数字比个位数字小。这样的两位数有多少个?
奥数挑战(10道)
- 在1到100的所有自然数中,不是3的倍数也不是5的倍数的数有多少个?
- 如图,从A点出发到B点,要求只能向右或向上走,一共有多少种不同的走法?
A B - 用0,1,2,3,4这五个数字,可以组成多少个没有重复数字的三位偶数?
- 一个口袋里有5个完全相同的红球和6个完全相同的蓝球。从中取出3个球,可能有多少种不同的颜色组合情况?(只考虑颜色,不考虑顺序)
- 如图,给地图上的四个区域(A, B, C, D)涂色,要求相邻区域颜色不同。现有4种不同颜色,有多少种不同的涂色方法?
A B C D - 从1,2,3,…,10中任取两个不同的数,使得它们的和是偶数,一共有多少种取法?
- 一个五位数,从左到右,数字依次增大(例如:13479符合,13579也符合,但13549不符合),这样的五位数有多少个?
- 甲、乙、丙、丁四人排成一排,甲不能站在最左边,乙不能站在最右边,共有多少种不同的排法?
- 有5把不同的钥匙和5把不同的锁,每把钥匙只能开一把锁。现在钥匙和锁都乱了,最多试多少次,就一定能将所有的钥匙和锁配对成功?
- 求自然数1到1000中,所有数字之和(即1+2+3+…+1000的和)的末三位数字是多少?
生活应用(5道)
- (高铁)从“北京南站”到“上海虹桥站”,高铁列车有“G1”、“G3”等10个车次,动车有“D1”、“D2”等5个车次。如果你要从这两个站之间选择一班列车乘坐,有多少种不同的车次选择?
- (航天)我国某系列运载火箭准备执行一次发射任务。工程师需要为火箭的芯级选择一种燃料(液氢或煤油),同时为助推器选择一种材料(碳纤维或铝合金)。如果芯级和助推器的选择是独立的,那么工程师有多少种不同的技术方案组合?
- (环保)小区进行垃圾分类,一个垃圾桶需要张贴标识。标识由两部分组成:第一部分是垃圾类别(可回收物、厨余垃圾、有害垃圾、其他垃圾),第二部分是投放时间(上午、下午)。制作这样一个完整的标识,有多少种不同的内容组合?
- (AI)训练一个简单的图像识别AI,需要先选择一种算法模型(模型A或模型B),再选择一种训练数据集(数据集X或数据集Y)。AI研究员有多少种不同的“算法+数据”组合方式来开始这次训练?
- (网购)你在一个购物APP上筛选商品。筛选条件如下:价格区间(0-50元 或 51-100元),发货地(北京 或 上海)。如果你必须同时使用这两个筛选条件,最终会得到多少种不同的筛选组合?(注意:是筛选条件的组合,不是商品数量)
参考答案与解析
【练习题答案】
【奥数挑战答案】
解析:1-100中,3的倍数有33个,5的倍数有20个,15的倍数有6个。至少是3或5的倍数的数有 \( 33+20-6=47 \) 个。所以不是3也不是5的倍数的数有 \( 100-47=53 \) 个。
解析:从A到B需要向右走5格,向上走4格,共9步。走法总数等于从9步中选择4步向上(或5步向右)的组合数。\( C_{9}^{4} = 126 \)。(小学高年级可讲解“标数法”,每个点的走法数等于左边和下方点走法数之和,从A点开始标1,逐步推导,B点标的数字即为答案)。
解析:三位偶数要求个位是偶数。分类:
个位是0:百位有4种选择(1,2,3,4),十位有3种选择,共 \( 4 \times 3 = 12 \) 个。
个位是2或4:百位有3种选择(不能是0和已选的个位数字),十位也有3种选择(剩下3个数字),共 \( 2 \times 3 \times 3 = 18 \) 个。
总计 \( 12 + 18 = 30 \) 个。
解析:只考虑颜色组合,可能的情况有:3红,2红1蓝,1红2蓝,3蓝。共4种。注意球完全相同,所以同种颜色间无区别。
解析:按A, B, C, D顺序涂色。A有4种颜色可选。B与A相邻,有3种颜色可选。C与A、B相邻,有2种颜色可选。D与B、C相邻,需要分两类讨论:若B与C颜色不同,则D有2种颜色可选;若B与C颜色相同,则D有3种颜色可选。
解析:和是偶数,要求两个数同奇或同偶。1-10中奇数有5个,偶数有5个。
解析:这是一个组合问题。从0-9这10个数字中任意选出5个不同的数字,只有一种方式能按从小到大的顺序排列成一个五位数(因为从左到右依次增大)。所以这样的五位数的个数,就等于从10个数字中选取5个数字的组合数。\( C_{10}^{5} = 252 \)。注意:0可以选,但只要0被选中,它必然是最左边的数字,这是允许的(如01234,但这不是五位数?严格来说,五位数首位不能为0,所以需要排除包含0的情况)。题目说“一个五位数”,所以万位不能是0。因此,我们需要从1-9中先选万位数字,再从剩下的数字中选后面的数字,但这样无法保证严格“依次增大”。
解析:无限制排列有 \( 4! = 24 \) 种。
解析:考虑最不利情况(即试的次数最多)。第一把锁,最多试4次(前4把钥匙都不对,那么第5把肯定对,但不用试了)。打开第一把锁后,剩下4把锁4把钥匙。第二把锁,最多试3次。第三把锁,最多试2次。第四把锁,最多试1次。最后一把锁和钥匙直接配对。所以最多需要试的次数 = \( 4 + 3 + 2 + 1 = 10 \) 次。
解析:求和的末三位,即求 \( S = 1+2+...+1000 \) 除以1000的余数。\( S = (1+1000) \times 1000 \div 2 = 500500 \)。末三位是500。
【生活应用答案】
解析:在高铁和动车两类车次中选择一种,用加法原理。
解析:选择芯级燃料和选择助推器材料是两个独立的步骤,用乘法原理。
解析:标识由两部分内容组合而成,是分步完成,用乘法原理。
解析:选择算法模型和选择训练数据集是两个步骤,用乘法原理。
解析:同时使用两个筛选条件,每个条件选择一个选项,是分步完成,用乘法原理。