每日一题[258] 抓住本质减少讨论

计数问题有时需要分类讨论,分类讨论时看清本质,再选择合适的讨论标准,减少讨论的分类,是讨论时需要记在心里默念的原则.2014年高考广东理科数学第8题(选择压轴题):

设集合\(A=\left\{(x_1,x_2,x_3,x_4,x_5)|x_i\in\{-1,0,1\},i=1,2,3,4,5\right\}\),那么集合\(A\)中满足条件“\(1\leqslant |x_1|+|x_2|+|x_3|+|x_4|+|x_5|\leqslant 3\)”的元素个数为(        )

A.$60$

B.$90$

C.$120$

D.$130$


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正确答案是 D.

解    当\(x_i\ne 0\)时,\(|x_i|=1\),要满足题中不等式,\(x_i\)中不是零的数只能有\(1\)个,\(2\)个或\(3\)个.

以此分三种情况去讨论:

如果不是\(0\)的数有\(1\)个,则这个数可以取\(1\)或\(-1\),满足条件的元素个数为\[\mathrm{C}_5^1\times 2^1=10;\]如果不是\(0\)的数有\(2\)个,则这两个数每个都有\(2\)种取法,满足条件的元素个数为\[\mathrm{C}_5^2\times 2^2=40;\]如果不是\(0\)的数有\(3\)个,则这三个数每个都有\(2\)种取法,满足条件的元素个数为\[\mathrm{C}_5^3\times 2^3=80;\]故所有元素的个数为\(10+40+80=130\).

本题中\(x_i\)的取值是零,还是非零是本质的,需要讨论;是\(1\)还是\(-1\)是非本质的,不需要讨论.看出这一点,就可以有效地减少讨论.

下面给出一道练习:

已知集合\(S=\{1,2,3,\cdots,21\}\),\(A\)是\(S\)的有三个元素的子集,若\(A\)中的三个元素可以构成等差数列,则这样的集合\(A\)的个数为_____.

答案    \(100\)

提示    不妨将集合\(A\)中的元素按从小到大的顺序排列,则这三个元素中首尾两个数可以决定中间的数,从而决定这个数列.所以只需要考虑首尾两个数的情况即可,当它们奇偶性相同时,对应一个集合.故集合\(A\)的个数为\[\mathrm{C}_{10}^2+\mathrm{C}_{11}^2=100.\]


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