小题(难)[递推关系]{计数原理,染色问题,传球问题,种植问题}

有一个圆形区域被分成5块(如图1),在每一块区域内种植植物,相邻的两块区域种植不同的植物,现有4种不同的植物选择,求共有多少种不同的种植方法.

图1

请你先尝试自己解答一下
尝试解答

【问题特征】计数问题.
【问题的解答】
思路1利用两个基本原理.
解法1 本题可归结为涂色问题:用4种不同颜色给每一块区域涂色,相邻的两块区城不能同色,所有的涂色方法分为两类:(1)A,C同色,先涂A,C有4种方法,再涂B,D有3种方法,然后涂E有2种方法,故A,C同色的涂法种数为.
(2)A,C异色,先涂A,B,C有4×3×2种方法.
①若A,D同色,涂E有3种方法
②若A,D异色,先涂D有2种方法,再涂E有2种方法.故A,C异色的涂法种数为,
因此,所有的涂色方法种数为.
思路2 利用递推数列.
解法2 设一个圆形区域被分成n块扇形,如图2,用4种不同颜色给每一块区城涂色,相邻的两块区域不能同色,所有的涂色方法种数为,不管1,n异色的涂色方法种数为,这些涂色方法分为两类
图2

(1)1,n异色,有种涂法;
(2)1,n同色,相当于把第1,n块扇形合并为一块扇形,圆形被分成n-1块扇形,故有种涂法.
据分类加法计数原理,.
而,所以,,
故共有240种不同的种植方法.
【注意点】
1.解决计数问题需学会合理地分类、分步.
2.利用递推数列解决计数问题的基本思想是把问题一般化,再特殊化,关键是利用两个基本原理建立递推关系.【相关问题】
1,如图3,某城市的中心广场建造一个花圃,花圃分6个部分,现要栽种4种不同颜色的花,每部分裁种一种且相邻部分不能栽种同样颜色的花,不同的栽种方法有___种.
图3

尝试解答

【答案与提示】

提示:问题等价于用4种不同的颜色涂图4中的6个不同区域,相邻的两个区域不能同色.


图4

分两步完成.
第一步,涂6有4种方法;
第二步,涂其余5个区域,又相当于将一个圆分成5个扇形,用3种颜色给5个扇形涂色,相邻的两个扇形不能同色,为此,将问题一般化,将一个圆分成,n个扇形,用3种颜色给n个扇形涂色,相邻的两个扇形不能同色,所有涂法种数为a_n,则a_n+a_{n-1}=3\times 2^{n-1}(n\geq 3).,而a_1=3,a_2=3×2=6,所以a_3=6a_4=18a_5 =30因此,涂其余5个区域有30种方法.
据分步乘法计数原理,涂色方法种数为N=
4×30=120,即不同的栽种方法种数为120.

2.4个人互相传球,要求接球后马上传给别人.由甲传球,并作为第一次传球,求经过5次传球仍回到发球人甲手中的传球方式的种数.


尝试解答

【答案与提示】

提示:由甲发球,经n次传球后仍回到甲手中的传球方式种数记为a_n,首先,由甲发球,球传出后自然不能回到他手中,故a_1=0.再考察经两次传球情形:先由甲发球给其他三人中的一位,再由此人传回给甲,故a_2=3.
上述讨论启发我们作一般的讨论,经n-1次传球后,不同的传球方式共有3-1种,这些方式可分为两类:一类是再经第n次传球后仍回到甲手中的a_n.种不同的传球方式;一类是经第n-1次传球正好落入甲手中的a_{n-1}种不同的传球方式,故有a_n+a_{n-1}=3^{n-1}
因此,a_3=6,a_4=21,a_5=60,故经过5次传球仍回到发球人甲手中的传球方式的种数为60.

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