例题一|两个集合与“都不”
40名学生中,喜欢数学26人、喜欢科学22人,两项都喜欢14人。求至少喜欢一项、只喜欢一项和两项都不喜欢的人数。这里“只喜欢一项”指这两项中恰好一项。
- 交集14人被加了两遍,至少一项=26+22−14=34人。
- 只数学=26−14=12人,只科学=22−14=8人。恰好一项=12+8=20人,也可算26+22−2×14。
- 两项都不喜欢=40−34=6人。
- 按互斥区域核对:12+8+14+6=40,与全集一致。
计数与概率方法 · 方法讲解
先允许重复,再逐层修正,让每个对象恰好被数一次。
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50名学生可自由参加甲、乙、丙三个项目。参加甲23人、乙20人、丙17人;同时参加甲乙7人、甲丙6人、乙丙5人;三项都参加2人。“同时参加两项”包含三项都参加的人。至少参加一项的有多少人?
七个互斥区域中的数字表示人数,圆面积不按人数比例。
第1步 / 共3步:相加,得到参与人次
23+20+17=60人次,还不是不同的人数。
三项都参加的一个人:被计3次。
三项的人数直接相加,参加两项的人被计2次,三项都参加的人被计3次。先看每个人被数了几次,再判断如何修正。
60人次
23+20+17=60
这里的60来自左侧同一组人数。人数图不是按面积画的统计图,不能量圆面积猜人数。
理解并集、交集、全集及加减法。能解释两集合修正,推出三集合公式,并把“恰好”“至少”“都不”转成互斥区域。
本页是S班方法训练的项目编排,不代表特定学校或机构的官方课纲。三个集合先用有限人数模型,不直接推广到更多集合。
A、B、C是同一有限全集U中的三个集合;|A|表示A中不同对象的个数。A∪B表示至少属于一个;A∩B表示同时属于二者,也可以属于C。必须统一对象、时间和统计范围。
|A∪B|=|A|+|B|−|A∩B|
只在A或只在B的对象被加一次;同时在A、B的对象被加两次再减一次,也留下1次;两者都不在的对象留下0次。每个对象的最终系数恰好符合并集要求。
|A∪B∪C|=|A|+|B|+|C|
−|A∩B|−|A∩C|−|B∩C|
+|A∩B∩C|
只属于一个集合的对象:1−0+0=1。恰好属于两个集合:2−1+0=1。属于三个集合:3−3+1=1。三重交集同时在三个两两交集中,减两两交集会把它减光,所以最后必须加一次三重交集。
“减去两两交集”不等于“只减恰好参加两项的人”。若数据本身给的是“恰好甲乙、不参加丙”,它已经排除了三重部分,不能直接当作|A∩B|套同一个式子。
设S₁=|A|+|B|+|C|,S₂=|A∩B|+|A∩C|+|B∩C|,T=|A∩B∩C|。再设x₁、x₂、x₃分别为恰好属于1、2、3个集合的人数。
S₁=x₁+2x₂+3x₃
S₂=x₂+3x₃,T=x₃
第二式的三重系数是3,因为一个三项对象属于甲乙、甲丙、乙丙三个交集。逐项消去即可得到下表,而不是只背口诀。
| 要求 | 计算 | 本题结果 |
|---|---|---|
| 恰好三项 | T | 2人 |
| 恰好两项 | S₂−3T | 18−6=12人 |
| 至少两项 | S₂−2T | 18−4=14人 |
| 恰好一项 | S₁−2S₂+3T | 60−36+6=30人 |
| 至少一项 | S₁−S₂+T | 60−18+2=44人 |
| 一项也没有 | |U|−(S₁−S₂+T) | 50−44=6人 |
例如恰好一项:由x₂=S₂−3T代回S₁,得x₁=S₁−2(S₂−3T)−3T=S₁−2S₂+3T。“至少两项”则是x₂+x₃。没有全集大小时,通常无法求一项也没有的人数。
40名学生中,喜欢数学26人、喜欢科学22人,两项都喜欢14人。求至少喜欢一项、只喜欢一项和两项都不喜欢的人数。这里“只喜欢一项”指这两项中恰好一项。
50名学生参加甲、乙、丙项目,人数分别23、20、17;同时甲乙7人、甲丙6人、乙丙5人;三项都参加2人。两两交集均含三重交集。求至少一项、恰好两项、至少两项、恰好一项及都不参加的人数。
七个区域人数均非负,且合计不超过50。本题数据可实现。先从三重向外反推,是检查容斥数据的有效办法。
例题与练习均为本页自拟教学题。先用文字说明“同时”是否包含第三项,再计算。
45人中,会游泳24人、会骑车21人,两项都会9人。求至少会一项、恰好会一项和两项都不会的人数。
至少一项=24+21−9=36人。只游泳24−9=15人,只骑车21−9=12人,所以恰好一项=15+12=27人。都不会=45−36=9人。
核对15+12+9+9=45。交集与“都不会”恰好同为9只是本题巧合,两者含义不同。
60人中,参加A、B、C活动分别30、28、22人;A∩B有10人、A∩C有9人、B∩C有8人,均包含三项都参加的3人。求恰好两项、至少两项、恰好一项与都不参加的人数。
S₁=30+28+22=80,S₂=10+9+8=27,T=3。恰好两项=27−3×3=18人;至少两项=18+3=21人。
并集=80−27+3=56人。恰好一项=56−18−3=35人;都不=60−56=4人。
逐区复核:仅AB=7,仅AC=6,仅BC=5;只A=30−7−6−3=14,只B=28−7−5−3=13,只C=22−6−5−3=8。35+18+3+4=60,七个区域均非负。
若|A|=12,|B|=15,|C|=14,|A∩B|=9,|A∩C|=8,|B∩C|=6,T=2,则容斥形式上给出12+15+14−9−8−6+2=20。但只属于A的区域为12−9−8+2=−3,不可能有负3人。因此这组数据不能来自真实的三个有限集合,不能把20当成有效调查答案。
若A=B=C,且每组都是同样的2人,那么并集是2+2+2−2−2−2+2=2。若不补回三重交集,会错算为0。这直接检查了最后补回的方向。若三重交集为0,三集合最后一项自然消失。
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喜欢数学26人,科学22人,两项都喜欢14人。合计48把这14人算了两遍。
减掉一次交集,至少喜欢一项有34人。两个集合容斥,就是修正重复。
再看50名学生,甲、乙、丙项目分别有23、20、17人。先加得60人次。
三项都参加的2人,每人被加了三次。图中七块区域互不重叠,数字才表示人数。
两两交集分别7、6、5人,均包含三项都参加的人。相加后依次减去,得到42。
追踪三项都参加的一个人:加了三次,又减了三次,竟然一次也没留下。
所以三重交集要补回一次。60减18加2,至少参加一项有44人,未参加有6人。
若问恰好两项,两两交集和18把三重部分算了三次,要减去三乘2,得到12人。
至少两项,再把三项的2人加一次,得到14人。先分清题意,再检查每个人被数了几次。