容斥原理里面的容和斥是什么意思?
在荣斥原理中:
∙容:包含(include),合并;
∙斥:不包含(exclude),除去;
它们分别代表荣斥原理的两个公式。看下面的例子:
题目:小明班,喜欢语文的有 7 人,喜欢数学的有 5 人,语文和数学都喜欢的有 3 人,问:语文和数学至少喜欢一门的有多少人? ①
令,A = {喜欢语文的},B = {喜欢数学的},则:
A ∩ B = {语文和数学都喜欢的}
include意思A ∪ B = {语文和数学至少喜欢一门的}
绘制成 Venn 图:
由图得到,荣斥原理公式 1:
|A ∪ B| = |A| + |B| - |A ∩ B| ,
注:|A| 表示 A 的元素个数。
从题目知:|A| = 7,|B| = 5,|A ∩ B| = 3,故求得:
|A ∪ B| = 7 + 5 - 3 = 9
还是,题目 ①,还知 小明班共有 24 人,又问:语文和数学全都不喜欢的有多少人?
令,X = {小明班全体同学},有,
Aᶜ = {不喜欢语文的}, Bᶜ = {不喜欢数学的}
于是,
Aᶜ ∩ Bᶜ = {语文和数学全都不喜欢的}
注:Aᶜ 表示 A 的补集合,就是 从 X 中除去 A 剩下的。
绘制 Venn 图:
利用 De Morgan 定理:
Aᶜ ∩ Bᶜ = (A ∪ B)ᶜ
根据 公式 1,不难得出,荣斥原理公式 2:
|Aᶜ ∩ Bᶜ| = |X| - |A| - |B| + |A ∩ B|
又从题目知:|X| = 24,故求得:
|Aᶜ ∩ Bᶜ| = 24 - 7 - 5 + 3 = 15
上面例子中,公式 1,就是“容”的意义:是包含A 和 B 的人数;公式2,则是“斥”的具体表现:是全体中不包含A 和 B 的人数。
当然,以上只是 二元的情况,荣斥原理还可以是多元,甚至是扩展的,但 不管怎样,结果都是“容” 和“斥”的组合。
容:可从字面上理解为包容,相交,交集,交融,或公共部分;斥:可以从字面上理解为相互排斥,没有共同的要素,无公共部分。
那么什么是容斥原理呢?
其实,容斥原理事实上是一种计数原理,主要是在计数的过程,为使得计数结果不重不漏,数学家们创造出来的这么一个公式(理论)。
容斥原理体现在了高中数学的每一个章节中,特别是在集合、概率、计数原理等章节中体现的尤为突出和澎湃。看图3、图4。
事实上,容斥原理体现在所有的教学科目中,更体现在我们生活的方方面面。我们每一个人都在被动地接受“容斥原理”,也都在主动地用“容斥原理”去影响别人。
所以说数学是属于“数学人”的,数学是属于“学生和老师”的,数学是属于全人类的。
毕竟有这么一位牛人曾说过这么一句话:万物皆数。(到底是哪位大家说的,我给忘了,哇咔咔咔哈哈哈)
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