在一条线段上,如果有n个点(包括两个端点),那么线段的条数为:
n imes(n-1)div2
例如,在一条线段上有5个点(包括两个端点),那么线段的条数为:
5 imes(5-1)div2=10(条)
这个公式的推导过程如下:
假设线段上有n个点,我们可以从第一个点开始,依次与其他点连接,得到n-1条线段。然后,从第二个点开始,依次与其他点连接,又得到n-2条线段。以此类推,直到最后一个点,得到1条线段。
因此,总的线段条数为:
1+2+3+cdots+(n-1)
这是一个等差数列,可以使用等差数列求和公式计算:
S_n=frac{n(a_1+a_n)}{2}
其中,a_1=1,a_n=n-1,n为项数。
代入公式得到:
S_n=frac{n(1+n-1)}{2}=n^2div2
因此,线段上点的个数和线段的条数的规律为:线段上有n个点,线段的条数为n imes(n-1)div2。
段数=(点数-1)×点数÷2答:线段的点数和段数之间的规律是段数=(点数-1)×点数÷2
【数与形结合的规律】
在探索数与形结合的规律时,一方面要考虑图形的对称(上下对称和左右对称),另一方面要考虑数的排列规律,通过数形结合、对应等方法,来解决问题.
解答数图形的题目,要按一定的顺序去数,做到不遗漏,不重复。
【常见的数图形中的规律】
1.数线段的一般公式是:(n-1)+···+2+1(n为线段的总端点数).
2.在数角、三角形等图形的个数时,有时可以与数线段的条数联系起来思考。
3.数长方形的个数可以用公式“长边上的线段条数×宽边上的线段条数=长方形的个数”.
4.数正方形的个数可以用公式“n×n+(n-1)×(n-1)+···+2×2+1×1(n为正方形一边上的小格数)”
线段:直线上不同的两点以及两点之间的有限部分称为(直)线段。
一般的题目,由多个总线段组成,例如:
由于各总线段互不干涉,问题相当于各个总线段含有的子线段之和。因此只要搞清楚一条总线段上,子线段的数法就可以了,具体有如下方法。
直接数:
当总线段上含有的结点较少时,这种方法有用,而当结点过多时,就容易数漏或数重复了。
按照线段终点分类数:
将总线段水平放置,并从左向右 依次用 自然数: 0, 1, 2, ... 对其所含结点(包括端点) 标记。例如:
我们规定(子)线段,的左边端点为起点,右边端点为终点。从左向右,对于每个结点,我们统计以其为终点的线段的个数。
上例有,
以 结点0 为 终点的 线段个数 为 0(注意:线段的两个端点不能重复);
以 结点1 为 终点的 线段有 01 这 1 条;
以 结点2 为 终点的 线段有 02 和 12 这 2 条;
以 结点3 为 终点的 线段有 03、13、23 这 3 条;
以 结点4 为 终点的 线段有 04、14、24、34 这 4 条;
分析:
因为我们规定,线段的起点在终点的左侧,所以,以 结点 n 为 终点的 线段 的起点 只能 是 n 左侧这些 标记小于 n 的结点,即,从 0 到 n-1 的结点,这些起点的个数为,
(n-1) - 0 + 1 = n
刚好是 n,于是我们得出结论:
以 结点 n 为 终点的 线段有 n 条。
进而,一个含有 n 个结点 的总线段 总共含有 线段的条数为:
S = 0 + 1 + 2 + ... + (n-2) + (n-1) = 1 + 2 + ... + (n-2) + (n-1) ①
根据 加法的交换律,有:
S = (n-1) + (n-2) + ... + 2 + 1 ②
等式 ① + ② 有:
2S = S + S = 1 + 2 + ... + (n-2) + (n-1) + (n-1) + (n-2) + ... + 2 + 1 = (1 + (n-1) + (2 + (n-2)) + ... + ((n-2) + 2) + ((n-1) + 1) = n + n + ... + n + n = n(n - 1)
即,
S = n(n-1)/2
较终得到结论:
含有 n 个结点 的总线段 含有 线段的条数为 n(n-1)/2。
按照线段终起点分类数:
这种方法和上面的方法没有本质区别,只是反过来数。如上例:
以 结点0 为 起点的 线段有 01、02、03、04、这 4 条;
... ...
以 结点4 为 起点的 线段没有。
利用排列组合:
对于 含有 n 个结点 的总线段,从 n 个结点中 任意选取两个作为端点 都可以构成 一条线段。一条线段的选取分两步:
1. 首先,选线段的第一端点时,我们可以从 n 个结点中 任意选取,因此 有 n 种可能 选法;
2. 接着,选线段的第二端点时,因为不能重复选,于是要从除去第一次选择剩下的 n-1 个结点中选择,因此 有 n - 1种 可能的选法。
那么两步组合起来总共有多少种选法呢?我们画一个图:
显然,总共有 n(n-1) 种选法,也就是说我们可从 n 个结点中可以选取 线段有 n(n-1) 条。再仔细观察上图的分支树,我们发现,在选取时,同段的两个端点,因区分选择顺序不同,导致一条线段被重复统了 2 次。例如:01 和 10,根据线段的对称性,它们其实是用一条线段。
于是,真实的,线段条数是 n(n-1)/2,这和上一种方法得出的结论相同。
其实,从 n 个结点中 选取 m 个排列一列,称为 排列,利用上面的 乘法原理,可以得到如下排列公式:
P(n, m) = n(n-1)...(n-m+1) = n!/(n-m)!
而,从 n 个结点中 选取 m 个不考虑先后顺序,称为 组合,同上理,可以得到如下组合公式:
C(n, m) = P(n, m)/m! = n!/(m!(n-m)!)
数线段不考虑2 个 端点的顺序,因此是 n 选 2 的组合,即:
C(n, 2) = n(n-1)/2