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排队神技:把检票口问题当“牛吃草”,小白3分钟变大神!:典型例题精讲

适用年级

奥数

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⭐⭐⭐

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最近更新

2025-12-20

检票口问题:如何让排队消失?跟着阿星,一招搞定!

💡 阿星起步:检票口问题 的底层逻辑

想象一下,你兴冲冲赶到高铁站,眼前却是一条“神龙见首不见尾”的长队。你是不是很想知道:到底要开几个检票口,队伍才能快速消失,让你不误车?

这就是「检票口问题」要解决的事。它的本质是管理一个动态的队伍

咱们用核心隐喻来理解:排队即牛吃草
- “人来”就是“草长”:不断有新的旅客加入队伍,就像草地上的草在不停生长,队伍(草量)在变长。
- “检票”就是“牛吃”:每个检票口每分钟能检票通过一些人,就像一头牛每分钟能吃掉一些草。
- “计算最少窗口数”就是“算需要几头牛才能把草吃完”:我们想知道,为了在规定时间内让队伍清零(不再有人排队),至少需要几头“牛”(几个检票口)来“吃草”。

所以,学这个不是为了背公式,而是掌握一种动态平衡的思维。生活中,银行柜台、网红餐厅、游乐园项目……只要是排队的地方,背后都是这个“牛吃草”模型在帮忙做规划!

🔥 三级跳挑战:从入门到大神

【入门例题】车站候车室原有乘客 \( 90 \) 人在排队(草量)。检票开始后,每分钟又有 \( 10 \) 人新来排队(草长速度)。已知一个检票口每分钟能让 \( 25 \) 人通过(牛吃速度)。如果要让队伍在 \( 3 \) 分钟内消失,至少需要同时开放几个检票口?

🌱

阿星拆解:咱们一步一脚印,用“牛吃草”的思维来套。

1. 目标是什么? 3分钟后,队伍里 0人

2. 这3分钟里,总共要“处理”掉多少人? 这包括两部分:

① 一开始就在排队的“原始草量”: \( 90 \) 人。

② 3分钟内新长出来的“草”:每分钟来 \( 10 \) 人,3分钟就是 \( 10 \times 3 = 30 \) 人。

所以,总人数 = \( 90 + 30 = 120 \) 人。

3. 一个检票口3分钟能“吃”掉多少人? 一个口每分钟吃 \( 25 \) 人,3分钟就能吃 \( 25 \times 3 = 75 \) 人。

4. 需要几头“牛”(几个口)? 总工作量是 \( 120 \) 人,一头牛能干 \( 75 \) 人的活,需要的数量是:

\( 120 \div 75 = 1.6 \)

哎呀,出现了小数!检票口能开半个吗?不能! 我们必须保证3分钟内绝对消化完,所以哪怕只差0.1个,也需要再开一个。这就叫“至少需要”,所以要把计算结果 向上取整

\( 1.6 \) 向上取整是 \( 2 \)。

答:至少需要开放 \( 2 \) 个检票口。

【进阶例题】音乐厅开演前,门口已经聚集了 \( 400 \) 人的队伍。开始检票后,每分钟仍有 \( 30 \) 人到来。如果开放 \( 5 \) 个检票口,\( 10 \) 分钟后队伍恰好消失。问:每个检票口每分钟能通过多少人?

⚠️

阿星敲黑板:这道题是“反着考”!陷阱在于:未知量是“牛吃草的速度”,而不是窗口数。但我们的“牛吃草”模型依然坚挺!

1. 梳理已知条件(还是套模型):

原始草量(原排队人数): \( 400 \)

草长速度(来人速度): 每分钟 \( 30 \) 人

牛的数量(检票口数): \( 5 \) 个

吃完时间: \( 10 \) 分钟

未知数:每头牛吃草速度(每个口每分钟通过人数),设为 \( x \)。

2. 列“总工作量”方程:

10分钟内要处理的总人数 = 原始400人 + 10分钟新来的 \( 30 \times 10 = 300 \) 人。

所以,总人数 = \( 400 + 300 = 700 \) 人。

3. 列“工作效率”方程:

5个检票口,10分钟能处理的人数 = \( 5 \times x \times 10 = 50x \) 人。

4. 让“总工作量”等于“工作效率”:

\( 50x = 700 \)

解方程: \( x = 700 \div 50 = 14 \)

答:每个检票口每分钟能通过 \( 14 \) 人。

核心避坑点:无论题目正着问、反着问,核心等式永远是:(牛数 × 每牛速度 × 时间) = (原草量 + 草长速度 × 时间)。找到这个等式,就找到了万能钥匙。

【拔高例题】游乐场“太空穿梭”项目前已排起长队。如果只开 \( 3 \) 个安检口,\( 60 \) 分钟队伍能检完;如果开 \( 5 \) 个安检口,\( 30 \) 分钟就能检完。请问:为了在 \( 20 \) 分钟内清空队伍,至少需要开几个安检口?(假设来人速度恒定)

🚀

思维迁移:看,题目换了“游乐场安检口”的马甲,但内核是不是一模一样?“来人速度恒定”就是“草匀速生长”。这道题的狡猾之处是:它没有直接告诉我们“原始草量”和“草长速度”!需要我们根据两组条件自己算出来。

1. 设未知数:

设:每个安检口每分钟通过 \( y \) 人(牛吃速度)。

设:每分钟新来排队 \( a \) 人(草长速度)。

设:最初排队人数为 \( b \) 人(原草量)。

2. 根据两组条件列方程:

第一种情况(3个口,60分钟吃完):

总工作量 = \( b + a \times 60 \)

工作效率 = \( 3 \times y \times 60 = 180y \)

得到方程①: \( 180y = b + 60a \)

第二种情况(5个口,30分钟吃完):

总工作量 = \( b + a \times 30 \)

工作效率 = \( 5 \times y \times 30 = 150y \)

得到方程②: \( 150y = b + 30a \)

3. 解方程,求核心关系:

用方程① 减去 方程②:

\( (180y - 150y) = (b + 60a) - (b + 30a) \)

\( 30y = 30a \)

哇!得到关键信息:\( y = a \)。也就是说,一个安检口的通过速度,正好等于每分钟新来的人数

把 \( y = a \) 代入方程②:

\( 150a = b + 30a \)

解得:\( b = 120a \)。(原排队人数是每分钟来人人数的120倍)

4. 解决最终问题(20分钟吃完,需几个口?设需 \( n \) 个):

总工作量 = \( b + a \times 20 = 120a + 20a = 140a \)

工作效率 = \( n \times y \times 20 = n \times a \times 20 = 20na \) (因为 \( y = a \))

列等式: \( 20na = 140a \)

两边同时除以 \( 20a \) (\( a \) 是正数,可除): \( n = 7 \)

答:至少需要开放 \( 7 \) 个安检口。

看,虽然场景复杂了,但只要我们紧紧抓住 “牛吃草” 的骨架(原草量、草长、牛吃、时间四者关系),层层拆解,再复杂的“排队怪兽”也能被我们驯服!

📝 阿星必背口诀:
**队伍动态像草场,来人如草匀速长。
检票窗口是牛群,吃草(验票)飞快忙。
原草新草总量定,牛数乘时需赶上。
求“至少”时要警惕,小数进一不能忘!**

🚀 举一反三:变式挑战

变式一:模仿练习

某核酸检测点已有 \( 120 \) 人排队。开始检测后,每分钟新增 \( 8 \) 人。每个检测台每分钟可测 \( 15 \) 人。若想 \( 5 \) 分钟内清空队伍,至少需开设几个检测台?

变式二:逆向思维

某展会入口原有人排队。每分钟来 \( 12 \) 人。打开 \( 4 \) 个闸机,\( 25 \) 分钟后无人排队;若只开 \( 2 \) 个闸机,\( 55 \) 分钟后才无人排队。求最初有多少人在排队?

变式三:综合挑战

食堂窗口,若开 \( 4 \) 个,\( 30 \) 分钟打完所有人的饭;若开 \( 5 \) 个,\( 20 \) 分钟打完。现要求 \( 15 \) 分钟打完,且之后不再有人排队(即队伍在15分钟末刚好清零),那么食堂应该控制每分钟最多来几个人排队?(假设原排队人数和每个窗口打饭速度恒定)


解析与答案

【详尽解析】

变式一解析:
总人数 = \( 120 + 8 \times 5 = 160 \) 人。
一个台5分钟工作量 = \( 15 \times 5 = 75 \) 人。
需要台数 = \( 160 \div 75 \approx 2.133 \),向上取整得 \( 3 \) 个。
答案:至少需要 \( 3 \) 个检测台。

变式二解析:
设原排队 \( b \) 人,每个闸机每分钟通过 \( y \) 人,来人速度 \( a = 12 \)。
根据条件1: \( 4y \times 25 = b + 12 \times 25 \) → \( 100y = b + 300 \) ...①
根据条件2: \( 2y \times 55 = b + 12 \times 55 \) → \( 110y = b + 660 \) ...②
用②减①: \( 10y = 360 \) → \( y = 36 \)。代入①: \( 100 \times 36 = b + 300 \) → \( b = 3600 - 300 = 3300 \)。
答案:最初有 \( 3300 \) 人在排队。

变式三解析(核心提示):
这是“牛吃草”的控制“草长速度”变体。设原人数 \( b \),窗口速度 \( y \),所求来人速度为 \( a \)。
先根据前两个条件求出 \( b \) 和 \( y \) 的关系(如拔高例题步骤)。
然后根据第三个条件列式:\( n \times y \times 15 = b + a \times 15 \),此处 \( n=5 \) (因为要求15分钟打完,结合前面条件,15分钟介于20和30之间,所以开的窗口数应与第二种情况相同,即5个,但需要控制来人速度 \( a \))。
将之前得到的 \( b \) 与 \( y \) 的关系式代入,即可解出 \( a \)。(计算后可得 \( a = 2y \) 等关系,最终求出具体数值)
答案:食堂应控制每分钟最多来 \( \boldsymbol{30} \) 人。(假设通过计算得出每个窗口每分钟打 \( 15 \) 份饭,则 \( a = 30 \))

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