染色问题是数奥解题中的难点,小学奥数就接触过,这类问题初看起来好像无从着手,其实只要认真思考问题也很容易解决,下面就染色问题的解题思路说一下。

【问题提出】如图1,在四个相邻区域A,B,C,D中,给每一区域染色,每一个区域中染同一种颜色,但相邻的区域颜色不能相同,一共有4种颜色,如果颜色可以反复使用,请问有几种不同的染色方法?
【问题解决】可以这样计算:
染色共有三种方案
方案(一)用四种颜色即:A、B、C、D四个区域颜色各不相同
第一步给区域A染色时,有4种颜色可以选择;
第二步给区域B染色时,还剩3种颜色可以选择;
第三步给区域C染色时,还剩2种颜色可以选择;
第四步给区域D染色时,仅剩1种颜色选择.
*所以四个区域颜色都不相同时一共有:4×3×2×1=24种染法;
方案(二)用三种颜色 即:A、C区域颜色相同或B、D区域颜色相同,其它区域各不相同
(1)仅有A,C区域颜色相同
第一步给区域A、C染色时,有4种颜色可以选择;
第二步给区域B染色时,还剩3种颜色可以选择;
第三步给区域D染色时,还剩2种颜色可以选择.
所以A、C区域颜色相同时一共有:4×3×2=24种染法;
(2)仅有B、D区域颜色相同
第一步给区域B、D染色时,有4种颜色可以选择;
第二步给区域A染色时,还剩3种颜色可以选择;
第三步给区域C染色时,还剩2种颜色选择.
所以B、D区域颜色相同时一共有:4×3×2=24种染法;
即A、C区域颜色相同或B、D区域颜色相同,其他区域各不相同时共有24+24=48种染法.
方案(三)用两种颜色 即:A、C区域染色相同,B、D区域颜色相同
第一步给区域A、C染色时,有4种颜色可以选择;
第二步给区域B、D染色时,还剩3种颜色可以选择.
所以B、D区域颜色相同时一共有:4×3=12种染法;
**综上所述:三种方案共有24+48+12=84(种),所以共有84种不同的染色方法.
【问题拓展1】用红、黄、蓝、白、黑五种颜色染在"田"字形的四个小方格内(图2),每格染一种颜色,相邻的两格染不同的颜色,如果颜色可以反复使用,共有多少种不同的染色方法?
【问题解决1】可以这样计算:(写出分类、计算等必要的过程即可)
【问题拓展2】用m(m≥4)种颜色染在"田"字形的四个小方格内(图2),每格染一种颜色,相邻的两格染不同的颜色,如果颜色可以反复使用,共有多少种不同的染色方案?
【问题解决2】直接写出共有_____种不同方法(不需化简)
【问题拓展3】要用4种颜色给四川、青藏、*藏西**、云南四省的地图染色(图3)每一省份用一种颜色,要求相邻的省份不同色,如果颜色可以反复使用,则不同的染色方法有____ 种.


【解答】【问题拓展1】
方案(一)用四种颜色即:A、B、C、D四个区域颜色各不相同
第一步给区域A染色时,有5种颜色可以选择;
第二步给区域B染色时,还剩4种颜色可以选择;
第三步给区域C染色时,还剩3种颜色可以选择;
第四步给区域D染色时,仅剩2种颜色选择.
所以四个区域颜色都不相同时一共有:5×4×3×2=120种染法;
方案(二)用三种颜色 即:A、C区域颜色相同或B、D区域颜色相同,其它区域各不相同
(1)仅有A,C区域颜色相同
第一步给区域A、C染色时,有5种颜色可以选择;
第二步给区域B染色时,还剩4种颜色可以选择;
第三步给区域D染色时,还剩3种颜色可以选择.
所以A、C区域颜色相同时一共有:5×4×3=60种染法;
(2)仅有B、D区域颜色相同
第一步给区域B、D染色时,有5种颜色可以选择;
第二步给区域A染色时,还剩4种颜色可以选择;
第三步给区域C染色时,还剩3种颜色选择.
所以B、D区域颜色相同时一共有:5×4×3=60种染法;
即A、C区域颜色相同或B、D区域颜色相同,其他区域各不相同时共有60+60=120种染法.
方案(三)用两种颜色 即:A、C区域染色相同,B、D区域颜色相同
第一步给区域A、C染色时,有5种颜色可以选择;
第二步给区域B、D染色时,还剩4种颜色可以选择.
所以B、D区域颜色相同时一共有:5×4=20种染法;
综上所述:三种方案共有120+120+20=260(种),所以共有260种不同的染色方法.
【问题拓展2】
染色共有三种方案
方案(一)用四种颜色即:A、B、C、D四个区域颜色各不相同
第一步给区域A染色时,有m种颜色可以选择;
第二步给区域B染色时,还剩(m﹣1)种颜色可以选择;
第三步给区域C染色时,还剩(m﹣2)种颜色可以选择;
第四步给区域D染色时,仅剩(m﹣3)种颜色选择.
所以四个区域颜色都不相同时一共有:m(m﹣1)(m﹣2)(m﹣3)种染法;
方案(二)用三种颜色 即:A、C区域颜色相同或B、D区域颜色相同,其它区域各不相同
(1)仅有A,C区域颜色相同
第一步给区域A、C染色时,有m种颜色可以选择;
第二步给区域B染色时,还剩(m﹣1)种颜色可以选择;
第三步给区域D染色时,还剩(m﹣2)种颜色可以选择.
所以A、C区域颜色相同时一共有:m(m﹣1)(m﹣2)种染法;
(2)仅有B、D区域颜色相同
第一步给区域B、D染色时,有m种颜色可以选择;
第二步给区域A染色时,还剩(m﹣1)种颜色可以选择;
第三步给区域C染色时,还剩(m﹣2)种颜色选择.
所以B、D区域颜色相同时一共有:m(m﹣1)(m﹣2)种染法;
即A、C区域颜色相同或B、D区域颜色相同,其他区域各不相同时共有m(m﹣1)(m﹣2)+m(m﹣1)(m﹣2)=2m(m﹣1)(m﹣2)种染法.
方案(三)用两种颜色 即:A、C区域染色相同,B、D区域颜色相同
第一步给区域A、C染色时,有m种颜色可以选择;
第二步给区域B、D染色时,还剩(m﹣1)种颜色可以选择.
所以B、D区域颜色相同时一共有:m(m﹣1)种染法;
综上所述:三种方案共有m(m﹣1)(m﹣2)(m﹣3)+2m(m﹣1)(m﹣2)+m(m﹣1)=m(m﹣1)[(m²﹣5m+6)+(2m﹣4)+1]=m(m﹣1)(m²﹣3m+3)(种),
所以共有m(m﹣1)(m²﹣3m+3)种不同的染色方法.
故答案为:m(m﹣1)(m²﹣3m+3);
【问题拓展3】
第一步,给四川染色时,有4种颜色可以选择;
第二步,给青海染色时,有3种颜色可以选择;
第三步,给*藏西**染色时,有2种颜色可以选择;
第四步,给云南染色时,有2种颜色可以选择;
所以,一共有4×3×2×2=48种,
故答案为48.

上述问题的完成,我们最应该认识一下生活中我们经常用到两种统计原理:
(1)完成一件事需要两个步骤,做第一步有m种不同的方法,做第二步有n种不同的方法,那么完成这件事共有N=m×n种不同的方法,这就是分步计数原理.
(2)完成一件事共有两类方案,在第一类方案中有m种不同的方法,在第二类方案中有n种不同的方法.那么完成这件事共有N=m+n种不同的方法,这是分类计数原理;
变式:

小试牛刀:完成下列填空:
(1)从5位同学中产生1名组长,1名副组长有 _____种不同的选法.
(2)如图,一条电路在从A处到B处接通时,可以有______ 条不同的路线.

(3)用数字0、1、2、3、4、5组成 ________个没有重复数字的六位奇数.
(4)一种汽车牌照由2个英文字母后接4个数字组成,且2个英文字母不能相同,则不同牌照号码的个数是 __________.
【分析】(1)先得出产生1名组长有5种选法,再选1名副组长有4种选法,再由乘法原理求解即可,
(2)由图象可知,共有8种不同的路线,
(3)个位有3中选法,最高位有4中选法,共有4×4×3×2×1×3=288,分别求出四位数的最高位及其余各位数的选法,利用乘法原理即可求出答案,
(4)先求出前面两个英文字母组合的种数,再求出后面从0到9有10个数任取两个的组合数,再由乘法原理求解即可.
【解答】(1)产生1名组长有5种选法,再选1名副组长有4种选法,
按乘法原理,所求选法为5×4=20种;
(2)由图象可知共有8条不同的路线;
(3)∵当六位数为奇数时,个位数字为1,3,5有3种选法,由于数不重复,最高位不能为0,故最高位有5种选法,
根据乘法原理,故没有重复数字的六位奇数有3×4×2×3×4=288个;
(4)∵有26个英文字母,∴前面两个英文字母共用26×25种组合,
∵从0到9有10个数,∴共有10×10×10×10=10000种组合,
∴按乘法原理,所求个数为26×25×10×10×10×10=6500000.
故答案为:20,8,288,6500000.

总之,染色问题也有路可循,分清了问题中的第一特殊区域,以及依次的各个区域问题就迎刃而解了。其中最关键的部分是找特殊区域,不要找错了.