五年级暑假奥数自编讲义.pdf
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1、昂立子洲学校奥数讲义1 第一讲统筹问题在日常生活和生产中,我们会经常遇到一些事情需要进行合理、科学地安排,既要在指定时间内完成任务,又要考虑到精打细算,用最少的时间、人力、物力,发挥出最大的效率。这就涉及这一章的知识“统筹问题”。它包含的内容非常广泛,例如统筹安排问题、排队问题、最短路线问题、场地设置问题、物资调运问题、最省运费问题等等,每类问题都有特定的解法。这些来源于生活的实际问题,正是启发同学们学数学、用数学最好的思维锻炼题目。例 1 赵乡长下村召集甲、乙、丙、丁四个村的干部开会,这四个村子,每两个村子都是相距5 千米(如下图),参加会议的人数甲村8 人,乙村 5 人,丙村 3人,丁村
2、7 人。试求赵乡长应在()村子召集会议最为合理。甲村乙村丙村丁村 8人 5人 3人 7人点拔要使所有参加会议的人所走路程的总和最小,首先,某村人数是总人数的一半以上,该村就是设置会场的最好地点,这称为“小往大靠”。其次,某村人数不超过总人数的一半,可以把本村人移到邻近村庄,这称“支往干靠”。解四村总人数的一半是(8537)211.5(人),没有一个村庄的人数多于 11.5 人,属于“支往干靠”。甲村人数乙村人数 8513(人)丙村人数丁村人数 3710(人)因为 1013,所以“小往大靠”。显然会议地点应选在乙村最为合理。例 2 天津和广州同时制成大型电子计算机若干台,天津可调往外地12 台,
3、广州可调往外地 6 台。现决定给成都调去10 台,给合肥调去 8 台,若每台运费如下表所示,问怎样调运运费最省?昂立子洲学校奥数讲义2点拨一依题意,设广州调往合肥 x 台(x 6)。根据题中的相应数量关系列关于总费用的关系式,再通过对最值问题的讨论,则问题易解。解法一设广州调往合肥 x 台(1 6),则广州调往成都应为(6x)台,天津调往合肥(8x)台,天津调往成都12(8 x)(4x)台,则总费用为:400 x600(6x)500(8x)900(4x)400 x600 x500 x900 x360040003600 200 x11200 要使运费最省,只有当x0 时,这时总运费为11200
4、元。即天津调运 4 台到成都,调运 8 台到合肥,广州的 6 台全调运至成都,运费最省。点拨二通常从运费最少的地方考虑,如广州的6 台全运给合肥,则合肥还缺2台,再从天津运 2 台给合肥,其余运给成都。计算总费用,但不一定最少。还应比较一下,需要量多、运费也多的地方如何运才能使运费最省,如广州的 6 台全运给成都后,再从天津运4 台给成都,其余全部运给合肥。计算总运费,比较一下便知,怎样调运运费最少。解法二通常从运费最少的那个地方考虑,如广州的 6 台全运往合肥只需40062400(元),还缺 2 台,再从天津运来2 台运费为 50021000(元),总计:240010003400(元),与上
5、面计算的从天津调8 台到合肥的运费50084000(元)比较是节省了,但总的费用反而多:10900340012400。这就告诉我们,应该先比较一下,需要量多运费也多的地方如何运最省。如运往成都,广州 6 台运费 60063600(元),成都还缺少 4 台,再从天津调运,运费90043600(元),比直接从天津调运到成都省10900360036001800(元)。因此天津调运 4 台到成都,调运 8 台到合肥,广州的 6 台调运至成都,运费最少。例 3(“华罗庚金杯”决赛试题)有十个村庄,坐落在从水库出发的一条公路上(如下图,距离单位是千米),要安装水管,从水库送自来水供给各村,可以用粗细两种水
6、管。粗管足够供应所有各村用水,细管只能供应一个村用水。粗管每千米要用 8000 元,细管每千米要用 2000 元。把粗管和细管适当搭配、互相连接,可昂立子洲学校奥数讲义3 以降低工程的总费用,按你认为最节约的方法,费用应是多少?点拨由题意可知,粗管每千米的费用正好是细管每千米费用的4 倍,因此,如果在同一段上要安装4 根以上的细管,就应该用一根粗管来代替,便可降低工程的总费用。解假设从水库到每个村子都各接一根细管(如上图),那么在 AB1、AB2、AB3、AB4、AB5、AB6之间各有 10 根、9 根、8 根、7 根、6 根、5 根细管,应该把 A 与B6之间都换装粗管,工程的总费用将最低,
7、这时的总费用是 8000(30 5 2 4 2 3)2000(2 4 2 3 2 2 5)414000(元)说明做这类问题时,根据粗管费用是细管费用的a倍(或a倍),那么最后 a(或a1)个村子用细管,这样费用最省。例 4(北京市“迎春杯”竞赛试题)甲地有 89 吨货物运到乙地,大卡车的载重量是 7 吨,小卡车的载重量是4 吨,大卡车运一趟货物耗油14 升,小卡车运一趟货物耗油 9 升。运完这些货物最少耗油多少升?点拨大卡车载重 7 吨,运一趟货物用汽油14 升,运 1 吨货平均用汽油1472(升);小卡车载重 4 吨,运一趟货物用汽油9 升,运一吨货平均耗油94214(升)。因为大卡车比小卡
8、车耗油量少,应尽量用大卡车运。解 (1)如果 89 吨全用大卡车运,要运 89713(趟),耗油 1413182(升)。(2)如果用大卡车运 12 趟,897125,所以剩下的 5吨要用小卡车运2趟,耗油 141292186(升)。(3)如果用大卡车运 11 趟,8971112,所以剩下的 12 吨用小卡车运 3趟,耗油 141193181(升)。三种方法比较,安排大卡车运 11 趟,小卡车运 3 趟耗油最少,最少耗油 181升。说明计算这类问题时要注意,不一定是大、小卡车正好把货物装完才最省油,需要尝试几种运法后才能得出正确答案。昂立子洲学校奥数讲义4例 5 (第二届“祖冲之杯”邀请赛试题)
9、某人从住地外出有两种方案,一种是骑自行车去,另一种是乘公共汽车去。显然公共汽车的速度比自行车的速度快,但乘公共汽车有一个等候时间(候车时间可看做是固定不变的)。在任何情况下,他总会采用花时间最少的最佳方案。下表表示他到达 A、B、C三地采用最佳方案所需要的时间。为了到达离他8 千米的地方,他需要花多少分钟?请简述理由。目的地目的地距住地的路程最佳方案所需时间A地2千米12分钟B地3千米15.5 分钟C 地4千米18分钟点拨 A、B两地离住地相差 1 千米,多用 3.5 分钟;而 B、C两地离住地相差1千米,只多用 2.5 分钟,由此可见,到 A、B、C三地采用了不同的方案。由于候车时间是固定的
10、,由常识可知较远处的C地是乘公共汽车,而较近的 A地是骑自行车。解显然去 B地不是骑自行车,因为如果去 B地采用骑自行车的方案,那么需要的时间是(122)318(分钟),而实际最佳方案只需15.5 分钟,所以去 B地是乘公共汽车。由 B、C两地都是乘公共汽车,可知汽车行1 千米需 1815.5 2.5(分钟),由此又可算出候车时间是8 分钟。所以,到达离住地 8 千米的地方应用乘公共汽车的方案,需要时间是 82.5828(分钟)。说明这类题要根据路程间的相差关系和时间的相差关系来确定出最佳方案。例 6有四辆汽车要派往五个地点运送货物(如右图),中的数字分别表示五个地点完成任务需要的装卸工人数,
11、五个地点共需装卸工20 人。如果有些装卸工可以跟车走,那么应如何安排跟车人数及各点的装卸工人数,使完成任务所用的装卸工总人数最少?昂立子洲学校奥数讲义5 点拨一可用尝试法。因为五个地点中需装卸工最多的是5 个人,所以如果每辆车跟 5 名工人,那么每辆车到达任何一个地点,都能正常进行装卸。由此得到,跟车人数的试探范围是15 人。解法一若每车跟车 5 人,则各点不用安排人,共需20 人;若每车跟车 4 人,则原来需 5 人的点还需各安排1 人,共需 18 人;若每车跟车 3 人,则原来需 5 人的点还需各安排2人,原来需 4 人的点还需各安排 1 人,共需 17 人;同理可求出,每车跟车2 人,共
12、需 18 人;每车跟车 1 人,共需 19 人。可见,安排每车跟车 3 人,原来需 5 人的两个点各安排 2 人,原来需 4 人的点安排 1 人,这时所用的装卸工总人数最少,需17 人。点拨二假设有 m个地点,n 辆车(nm),m个地点需要的人数按从多到少排列为 A1A2A3,Am,则需要的最少总人数就是前n 个数之和,即 A1A2,An。这时每车的跟车人数可以是An1 至 An之间的任一数。解法二具体到例 6,5 个点 4 辆车,5 个点中需要人数最多的4 个数之和,即 554317(人)就是需要的最少总人数,因为 A4A53,所以每车跟车 3 人。若在例 6 是只有 2 辆车,其他条件不变
13、,则最少需要 5510(人),因为 A25,A34,所以每车跟车5 人或 4 人。当每车跟车5 人时,所有点不再安排人;当每车跟车 4 人时,需要 5 人的两个点各安排1 人,其余点不安排人。说明如果车辆数大于地点数,即 nm,则跟车人数是 0,各点需要人数之和就是总共需要的最少人数。例 7 (第四届“希望杯”邀请赛试题)某班 40 名师生星期天参加植树活动,师生按身体状况分成甲、乙、丙三种人员。他们的任务是挖树坑和运树苗两种活,要求挖树坑 30 人,运树苗则运得越多越好。甲、乙、丙三种劳动人员的效率,如下表所示,试求最合理的人员分配方案及运树苗总数。昂立子洲学校奥数讲义6点拔看了题目后,一定
14、会有人觉得这个问题不难解决,可以让甲种人员去挖坑,乙种和丙种人员去运树苗。这确实是一种方案。由于这种方案满足挖30 个坑的要求,并且运树苗为220 棵(1015710)。但这种方案不是最优方案。我们的目的是在完成挖树坑30 个的基础上,使运树苗尽可能多,此时应用的方法是“相对效率”法。解先求出各种劳动人员的挖坑与运树的相对效率:甲2200.1,乙1.2100.12,丙0.870.114 由此得到:甲丙乙。因为乙种人员挖坑的相对效率高,所以优先安排乙种人员去挖坑。乙种人员共 15 人,挖坑 1.2 1518(个),这不能完成挖 30个树坑的任务,再安排相对效率次高的丙种人员去挖坑,丙种人员共10
15、 人,挖坑 8 个(0.8 10),还差 4个树坑,最后安排2 个甲种人员去挖坑,这样30 个树坑的任务全都安排好了,剩下的 13 名甲种人员是运树,可运 260 棵(2013)树苗。这显然比前面所得220棵要多,如此得到了最优方案。即由13 名甲种人员去运树苗,其余的人员全部去挖树坑。说明“相对效率”是指一名劳动人员干两种工作的效率之比,如本题中甲种劳动人员挖树坑与运树苗的效率之比是2200.1,它是指甲种劳动人员平均运一棵树,相当于他挖 0.1 个树坑。又如乙种劳动人员的相对效率是1.2100.12,即乙种人员运一棵树,相当于他挖0.12 个树坑。如此可知,虽然乙种人员一天内挖树坑或运树苗
16、的单一效率比甲种人员差,但相对效率却比甲高,这就是说乙种人员在挖树坑时要比运树苗发挥的能量更大。昂立子洲学校奥数讲义7 练习一1.A、B两个粮店分别有 70 吨和 60 吨大米,甲、乙、丙三个居民点分别需要30吨、40 吨和 50 吨大米。从 A、B 两粮店每运 1 吨大米到三个居民点的运费如下表所示。如何调运才能使运费最少?2.电车公司维修站有 7 辆电车需要进行维修。如果用一名工人维修这7 辆电车的修复时间分别为 12 分钟、17 分钟、8 分钟、18 分钟、23 分钟、30 分钟、14 分钟。每辆电车每停开1 分钟经济损失 11 元。现在由 3 名工作效率相同的维修工人各自单独工作,要使
17、经济损失减到最低程度,最少损失多少元?3.某蔬菜专业队有甲等劳力15 人、乙等劳力 23 人、丙等劳力 15 人、丁等劳力25 人,他们既要整地,又要种菜,而且要求每天整出的地要及时种上菜。应如何调配安排劳力,才能使一天种菜 25 公亩,并整地尽量多?(各种劳力整地和种菜的效率如下表)4.A、B两地油井每月各产原油30万吨、50 万吨,准备投资修建座炼油厂,加工 A、B两地所产的原油。炼油厂建于何处时,才能使运费最省?(两地吨公里运费相同)昂立子洲学校奥数讲义85.打字室收到一份共12 整页的文件,要求尽快打印。小王每小时能打3 页,小红每小时能打 4 页。两人同时打字,小王和小红各打多少页完
18、成任务最快?需要多少小时?6.某水池可以用甲、乙两个水管注水,单放甲管需12 小时注满,单放乙管需24小时注满。现在要求 10 小时注满水池,并且甲、乙两管合放的时间尽可能的少,那么甲、乙合放最少需多少小时?7.有一个 80 人的观光团,其中男50 人,女 30 人,他们住的旅馆有11 人、7 人和 5 人的三种房间。男、女分住不同房间,而且每个房间都按原定人数住满了旅游团的成员。他们至少要住几个房间?8.一条单线铁路上有A、B、C、D、E五个车站,它们之间的距离如下图所示(单位:千米)。两列火车同时从A、E 两站相对开出,从A 站开出的火车每小时行60 千米,从 E站开出的火车每小时行50
19、千米。由于单线铁路上只有车站才铺有停车的轨道,要使对面开来的列车通过,须在车站停车,才能让开行车轨道。因此应该安排在()站相遇,才能使停车等待的时间最短。先到这一站的那列火车至少需要停车()分钟。昂立子洲学校奥数讲义9 9.某种产品是由一个大零件和两个小零件组成的,师傅每小时可生产 9 个大零件或者 14 个小零件。徒弟每小时可生产3 个大零件或者 10 个小零件。现在要生产27 个这种产品,两人合作至少用多少小时?10.建筑工程队给窗户安铁齿,需要长度分别为44cm、36cm、65.5cm的钢筋。现在有一批长 800cm的钢条,每锯断一根需要损耗0.5cm。最好每根 800cm长的钢筋锯成
20、44cm的()根,36cm的()根,65.5cm 的()根才不浪费。11.某缝纫社有甲、乙、丙、丁四个小组,甲组每天能缝制 8 件上衣或 10 条裤子;乙组每天能缝制 9 件上衣或 12 条裤子;丙组每天能缝制7 件上衣或 11 条裤子;丁组每天能缝制6 件上衣或 7 条裤子。现在上衣和裤子要配套缝制(每套一件上衣和一条裤子),7 天中这四个小组最多可缝制多少套衣服?12.钢筋原材料每件长7.3 米,每套钢筋架子用长2.9 米、2.1 米和 1.5 米的钢筋各一段。现在需要绑好钢筋架子100 套,至少要用去原材料几件?截料方法怎样最省?13.有 100 名少先队员在岸边准备坐船去湖中离岸边60
21、0 米的甲岛,等最后一人到达甲岛 15 分钟后,再去离甲岛 900 米的乙岛。现有机船和木船可各坐10 人和25 人,机船速度为每分钟300 米,机船速度是木船速度的两倍。最后一批少先队员到达乙岛最短需要多长时间?(按小时计算)昂立子洲学校奥数讲义10 14.甲、乙两个服装厂的工人和设备都能全力生产同一规格的西服。甲厂每月用35的时间生产上衣,25的时间生产裤子,全月恰好生产 900 套西服;乙厂每月用47的时间生产上衣,37的时间生产裤子,全月恰好生产1200套西服。现在两厂联合生产,尽量发挥各自特长多生产西服,那么现在每月比过去多生产西服多少套?15.某天然气站要安装天然气管道通往位于一条
22、环形线上的AG七个居民区,每两个居民区间的距离如右图所示(单位:千米)。管道有粗、细两种规格,粗管可供所有七个居民区用气,每千米8000 元;细管只能供一个居民区用气,每千米3000 元。粗、细管的转接处必须在居民区中,问应怎样搭配使用这两种管道才能使费用最省?昂立子洲学校奥数讲义11 第二讲时钟问题时钟问题就是研究钟面上时针和分针关系的问题。大家都知道,钟面的一周分为 60 格,分针每走 60 格,时针正好走 5 格,所以时针的速度是分针速度的121605。时钟问题经常围绕着两针(指时针与分针)重合、垂直、两针成直线、两针成多少度角提出问题。因为时针与分针的速度不同,并且都沿顺时针方向转动,
23、所以经常将时钟问题转化为追及问题来解。例 1 现在是 2点,什么时候时针与分针第一次重合?分析:如右图所示,2 点分针指向 12,时针指向 2,分针在时针后面例 2 在 7 点与 8 点之间,时针与分针在什么时刻相互垂直?分析:7 点时分针指向 12,时针指向 7(见右图),分针在时针后面 5735(格)。时针与分针垂直,即时针与分针相差15 格,在 7 点与 8 点之间,有下图所示的两种情况:昂立子洲学校奥数讲义12(1)顺时针方向看,分针在时针后面15 格。从 7 点开始,分针要比时针多走 35-15=20(格),需(2)顺时针方向看,分针在时针前面15 格。从 7 点开始,分针要比时针多
24、走 351550(格),需例 3 在 3 点与 4 点之间,时针和分针在什么时刻位于一条直线上?分析:3 点时分针指向 12,时针指向 3(见右图),分针在时针后面 5315(格)。时针与分针在一条直线上,可分为时针与分针重合、时针与分针成 180角两种情况(见下图):(1)时针与分针重合。从3 点开始,分针要比时针多走15 格,需 15(2)时针与分针成 180角。从 3 点开始,分针要比时针多走1530 昂立子洲学校奥数讲义13 例 4 晚上 7 点到 8 点之间电视里播出一部动画片,开始时分针与时针正好成一条直线,结束时两针正好重合。这部动画片播出了多长时间?分析:这道题可以利用例3 的
25、方法,先求出开始的时刻和结束的时刻,再求出播出时间。但在这里,我们可以简化一下。因为开始时两针成180,结束时两针重合,分针比时针多转半圈,即多走30 格,所以播出时间为例 5、3 点过多少分时,时针和分针离“3”的距离相等,并且在“3”的两边?分析:假设 3 点以后,时针以相反的方向行走,时针和分针相遇的时刻就是本题所求的时刻。这就变成了相遇问题,两针所行距离和是15 个格。例 6 小明做作业的时间不足1 时,他发现结束时手表上时针、分针的位置正好与开始时时针、分针的位置交换了一下。小明做作业用了多少时间?分析:从左上图我们可以看出,时针从A走到 B,分针从 B走到 A,两针一共走了一圈。换
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