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7-7-3.几何中的重叠问题

1. 了解容斥原理二量重叠和三量重叠的内容； 2. 掌握容斥原理的在组合计数等各个方面的应用．

教学目标

知识要点

一、两量重叠问题

在一些计数问题中，经常遇到有关集合元素个数的计算．求两个集合并集的元素的个数，不能简单地把两个集合的元素个数相加，而要从两个集合个数之和中减去重复计算的元素个数，即减去交集的元素个数，用式子可表示成：AB?A?B?AB(其中符号“”读作“并”，相当于中文“和”或者“或”的意思；符号“”读作“交”，相当于中文“且”的意思．)则称这一公式为包含与排除原理，简称容斥原理．图示如下:A表示小圆部分，B表示大圆部分，C表示大圆与小圆的公共部分，记为：AB，即阴影面积．图示如下:A表示小圆部分，B表示大圆部分，C表示大圆与小圆的公共部分，记为：AB，即阴影面积．

1．先包含——A?B

重叠部分AB计算了2次，多加了1次； 2．再排除——A?B?AB

把多加了1次的重叠部分AB减去．

包含与排除原理告诉我们，要计算两个集合A、B的并集AB的元素的个数，可分以下两步进行：

第一步：分别计算集合A、B的元素个数，然后加起来，即先求A?B(意思是把A、B的一

切元素都“包含”进来，加在一起)；

第二步：从上面的和中减去交集的元素个数，即减去C?AB(意思是“排除”了重复计算的元素个数)．

二、三量重叠问题

A类、B类与C类元素个数的总和?A类元素的个数?B类元素个数?C类元素个数?既是A类又是B类的元素个数?既是B类又是C类的元素个数?既是A类又是C类的元素个数?同时是A类、B类、C类的元素个数．用符号表示为：ABC?A?B?C?AB?BC?AC?ABC．图示如下：

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图中小圆表示A的元素的个数，中圆表示B的元素的个数，大圆表示C的元素的个数．

在解答有关包含排除问题时，我们常常利用圆圈图(韦恩图)来帮助分析思考．

1．先包含：A?B?C

重叠部分AB、BC、CA重叠了2次，多加了1次． 2．再排除：A?B?C?AB?BC?AC

重叠部分ABC重叠了3次，但是在进行A?B?C? AB?BC?AC计算时都被减掉了．

3．再包含：A?B?C?AB?BC?AC?ABC．

例题精讲

【例 1】 把长38厘米和53厘米的两根铁条焊接成一根铁条．已知焊接部分长4厘米，焊

接后这根铁条有多长？

【考点】几何中的重叠问题 【难度】1星 【题型】解答 【解析】 因为焊接部分为两根铁条的重合部分，所以，由包含排除法知，焊接后这根铁条长

38?53?4?87(厘米)．

【答案】87厘米

【巩固】 把长23厘米和37厘米的两根铁条焊接成一根铁条．已知焊接部分长3厘米，焊接

后这根铁条有多长？

【考点】几何中的重叠问题 【难度】1星 【题型】解答 【解析】 焊接部分为两根铁条的重合部分，由包含排除法知，焊接后这根铁条长：

23?37?3?57(厘米)．

【答案】57厘米

【例 2】 两张长4厘米，宽2厘米的长方形纸摆放成如图所示形状．把它放在桌面上，覆

盖面积有多少平方厘米？

【考点】几何中的重叠问题 【难度】1星 【题型】解答

4厘米2厘米

图3【解析】 两个长方形如图摆放时出现了重叠(见图中的阴影部分)，重叠部分恰好是边长为2厘米的正方形，如果利用两个4?2的长方形面积之和来计算被覆盖桌面的面积，

那么重叠部分在两个长方形面积中各被计算了一次，而实际上这部分只需计算一次就可以了．所以，被覆盖面积?长方形面积之和-重叠部分．于是，被覆盖面积?4?2?2?2?2?12(平方厘米)．

【答案】12厘米

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【巩固】 如图3，一张长8厘米，宽6厘米，另一个正方形边长为6厘米，它们中间重叠的

部分是一个边长为4厘米的正方形，求这个组合图形的面积．

【考点】几何中的重叠问题 【难度】1星 【题型】解答

8646

图3【解析】 两个图形如图摆放时出现了重叠(见图中的阴影部分)，重叠部分恰好是边长为4厘

米的正方形，如果利用长方形和正方形面积之和来计算被覆盖桌面的面积，那么重叠部分在长方形和正方形面积中各被计算了一次，而实际上这部分只需计算一次就可以了．所以，组合图形的面积?长方形面积?正方形面积?重叠部分．于是，组合图形的面积：8?6?6?6?4?4?68(平方厘米)．

【答案】68平方厘米

【巩固】 一个长方形长12厘米，宽8厘米，另一个长方形长10厘米，宽6厘米，它们中间

重叠的部分是一个边长4厘米的正方形，求这个组合图形的面积．

【考点】几何中的重叠问题 【难度】1星 【题型】解答

1284106

【解析】 两个长方形如图摆放时出现了重叠(见图中的阴影部分)，重叠部分恰好是边长为4厘米的正方形，如果利用两个长方形面积之和来计算被覆盖桌面的面积，那么重叠部分在两个长方形面积中各被计算了一次，而实际上这部分只需计算一次就可以了．所以，组合图形的面积?长方形面积之和?重叠部分．于是，组合图形的面积?12?8?10?6?4?4?140(平方厘米)．

【答案】140平方厘米

【例 3】 三个面积均为50平方厘米的圆纸片放在桌面上(如图)，三个纸片共同重叠的面积

是10平方厘米．三个纸片盖住桌面的总面积是100厘米．问：图中阴影部分面积之和是多少？

【考点】几何中的重叠问题 【难度】2星 【题型】解答

A10BC

【解析】 将图中的三个圆标上A、B、C．根据包含排除法，三个纸片盖住桌面的总面积

?（A与B重合部分面积?A与C重合部分面积?(A圆面积?B圆面积?C圆面积）?三个纸片共同重叠的面积，100?（50?50?50）?（A与得：?B与C重合部分面积）?10，得到A、B、B重合部分面积?A与C重合部分面积?B与C重合部分面积）C三个圆两两重合面积之和为：160?100?60平方厘米，而这个面积对应于圆上的那三个纸片共同重叠的面积的三倍与阴影部分面积的和，即：60?10?3?阴影部分面积，则阴影部分面积为：60?30?30(平方厘米)．

【答案】30平方厘米

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