圖 5 中,至少包含 $A$ 或 $B$ 兩點之一的長方形共有 $\text{______}$ 個。
圖 5
詳解
圖 5 是一個由 $3 \times 3$ 個正方形方格所組成的網格。其格線系統包含 $4$ 條水平線(由上而下記為 $y_0, y_1, y_2, y_3$)與 $4$ 條垂直線(由左而右記為 $x_0, x_1, x_2, x_3$)。
點 $A$ 位於第一直列、第三橫行的格子內;點 $B$ 位於第三直列、第三橫行的格子內。
我們利用「排容原理」來計算至少包含 $A$ 或 $B$ 的長方形個數:
$$\text{總數} = N(A) + N(B) - N(A \cap B)$$
1. **包含點 $A$ 的長方形個數 $N(A)$**:
- 左邊界必須在 $A$ 的左側(可選 $x_0$,共 $1$ 種);右邊界在 $A$ 的右側(可選 $x_1, x_2, x_3$,共 $3$ 種)。
- 上邊界在 $A$ 的上方(可選 $y_0, y_1, y_2$,共 $3$ 種);下邊界在 $A$ 的下方(可選 $y_3$,共 $1$ 種)。
$$N(A) = (1 \times 3) \times (3 \times 1) = 9 \text{ 個}$$
2. **包含點 $B$ 的長方形個數 $N(B)$**:
- 左邊界在 $B$ 的左側(可選 $x_0, x_1, x_2$,共 $3$ 種);右邊界在 $B$ 的右側(可選 $x_3$,共 $1$ 種)。
- 上邊界在 $B$ 的上方(可選 $y_0, y_1, y_2$,共 $3$ 種);下邊界在 $B$ 的下方(可選 $y_3$,共 $1$ 種)。
$$N(B) = (3 \times 1) \times (3 \times 1) = 9 \text{ 個}$$
3. **同時包含 $A$ 和 $B$ 的長方形個數 $N(A \cap B)$**:
- 左邊界必須在 $A$ 左側(選 $x_0$,共 $1$ 種);右邊界必須在 $B$ 右側(選 $x_3$,共 $1$ 種)。
- 上邊界在 $A, B$ 上方(選 $y_0, y_1, y_2$,共 $3$ 種);下邊界在下方(選 $y_3$,共 $1$ 種)。
$$N(A \cap B) = (1 \times 1) \times (3 \times 1) = 3 \text{ 個}$$
代入排容原理公式:
$$\text{至少包含 } A \text{ 或 } B \text{ 的長方形個數} = 9 + 9 - 3 = 15 \text{ 個}$$
因此答案為 $15$。