卫生部对 120 种食物是否含有维生素 AA,CC,EE 进行调查,结果发现:含维生素 AA 的有 62 种,含维生素 CC 的有 90 种,含维生素 EE 的有 68 种,同时含维生素 AA 和 CC 的有 48 种,同时含维生素 AA 和 EE 的有 36 种,同时含维生素 CC 和 EE 的有 50 种,同时含这三种维生素的有 25 种. 请问:

  1. (1)

    这三种维生素都不含的食物有多少种?

  2. (2)

    仅含维生素 AA 的食物有多少种?

完整解法

(1)

1. 利用三集合容斥原理求出至少含有一维维生素的食物种数

设全集 UU 的元素个数为 120120,AA、CC、EE 分别表示含有维生素 AA、CC、EE 的食物集合.
根据三集合容斥原理公式:
∣A∪C∪E∣=∣A∣+∣C∣+∣E∣−∣A∩C∣−∣A∩E∣−∣C∩E∣+∣A∩C∩E∣|A \cup C \cup E| = |A| + |C| + |E| - |A \cap C| - |A \cap E| - |C \cap E| + |A \cap C \cap E|
代入已知数据得:
∣A∪C∪E∣=62+90+68−48−36−50+25=111|A \cup C \cup E| = 62 + 90 + 68 - 48 - 36 - 50 + 25 = 111
即至少含有一维维生素的食物有 111111 种.

2. 求三种维生素都不含的食物种数

用食物总数减去至少含有一种维生素的食物种数:
∣U∣−∣A∪C∪E∣=120−111=9|U| - |A \cup C \cup E| = 120 - 111 = 9
所以这三种维生素都不含的食物有 99 种.

答案

这三种维生素都不含的食物有 99 种.

(2)

1. 计算仅含维生素 A 的食物种数

在集合 AA 中,同时含维生素 AA 和 CC 但不含 EE 的食物有:
∣A∩C∣−∣A∩C∩E∣=48−25=23|A \cap C| - |A \cap C \cap E| = 48 - 25 = 23
同时含维生素 AA 和 EE 但不含 CC 的食物有:
∣A∩E∣−∣A∩C∩E∣=36−25=11|A \cap E| - |A \cap C \cap E| = 36 - 25 = 11
同时含三种维生素的食物有 2525 种.
因此,仅含维生素 AA 的食物种数为:
∣A∣−23−11−25=62−59=3|A| - 23 - 11 - 25 = 62 - 59 = 3
(或直接应用公式:62−48−36+25=362 - 48 - 36 + 25 = 3).

答案

仅含维生素 AA 的食物有 33 种.

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