组合数学第2章
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课堂中的“空白”艺术所谓“空白”,就是指空着,没有被填满或没有被利用的部分。
在绘画艺术中就有一种美叫做空白美。
那么以此为鉴,在课堂教学中也有一种方法称之为——“空白”艺术。
现代教育理论认为,数学教学要提供给学生充分体验与交流的机会,使他们真正理解和掌握数学思想和方法。
走进新课标,教学的最高宗旨和核心理念是“一切为了每一个学生的发展”。
而“发展”是一个生成性的动态过程,作为教师要不断地为学生创设一种“可持续发展”的时间与空间。
特别是伴随着新一轮基础教育课程改革的实施和推进,教师的教学行为和学生的学习方式都发生了巨大的改变。
在课堂上,教育者要善于适时、适度地巧设“空白”,秉承“学生只有通过自己的真切体验,才能真正对所学内容有所感悟,进而内化为己有,在学习活动实践中逐步学会学习”的课改理念,让学生自主、合作、探究地学习,使他们充分发挥自己的创造性,尽情展示、描绘出属于他们的精彩。
教学内容:北京市21世纪教材九年义务教育教材数学实验本第1册第十一单元《统计初步知识》。
[片段一]课堂练习1:猜丁克游戏(石头、剪子、布)。
师:大家玩过这个游戏吗?(学生辨认游戏中的手势。
)下面请同座位的两个人为一组玩这个游戏,要求统计出你们各自赢的次数填入表格中。
学生一边玩一边用自己喜欢的方式记录如下:第一种用符号表示:……第二种用画图表示:……第三种用实物表示:小棒、学具卡片……第四种用数字表示:1、2、3、……第五种用“正”字表示。
学生游戏后,在实物投影上展示自己的记录方式并汇报统计结果。
[评析:这里老师只是提出了学习任务,即“统计出你们各自赢的次数填入表格中”,但对于学习方式即怎样统计、如何记录并没有作出任何要求。
因此为学生创设了创新实践的空间,这样的“留白”使学生能够得以彰显其鲜明的个性,并满足其渴望同辈群体认可的价值需求。
][片段二]课堂练习3:数一数屋里一共有多少个小朋友?学生提出质疑:屋外的这些鞋摆放得太乱了!不好数,能不能摆整齐再数呀?师:题目要求是数人,你们为什么想到要数鞋呢?生:因为有一双鞋就等于有一个人。
第二章母函数及其应用问题:对于不尽相异元素的部分排列和组合,用第一章的方法比较麻烦(参见表2.0.1)。
新方法:母函数方法。
基本思想:把离散的数列同多项式或幂级数一一对应起来,从而把离散数列间的结合关系转化为多项式或幂级数之间的运算。
2.1 母函数(一) 母函数 (1)定义【定义2.1.1】对于数列{}n a ,称无穷级数()∑∞=≡n n n x a x G 为该数列的(普通型)母函数,简称普母函数或母函数。
(2)例【例2.1.1】有限数列rn C (r =0, 1, 2, …, n )的普母函数是:()x G =nn n n n n x C x C x C C ++++ 2210=()nx +1【例2.1.2】无限数列{1, 1. …, 1, …}的普母函数是()x G = +++++n x x x 21=x-11(3)说明● n a 可以为有限个或无限个。
● 数列{}n a 与母函数一一对应。
{0, 1, 1, …, 1, …}↔ +++++nx x x 20=xx-1● 将母函数视为形式函数,目的是利用其有关运算性质完成计数问题,故不考虑“收敛问题”,而且始终认为它是可“逐项微分”和“逐项积分”的。
(4)常用母函数(二) 组合问题 (1)组合的母函数【定理2.1.1】组合的母函数:设{}m m e n e n e n S ⋅⋅⋅=,,,2211 ,且n 1+n 2+…+n m =n ,则S 的r 可重组合的母函数为()x G =∏∑==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛mi n j j i x 10=∑=n r rr x a 0其中,r 可重组合数为rx 之系数r a ,r =0, 1, 2, …, n 。
理论依据:多项式的任何一项与组合结果一一对应。
优点:● 将无重组合与重复组合统一起来处理; ● 使处理可重组合的枚举问题变得非常简单。
(2)特例【推论1】{}n e e e S ,,,21 =,则r 无重组合的母函数为G (x )= (1+x )n组合数为r x 之系数rn C 。
2.1题(陈兴)求序列{ 0,1,8,27,3n }的母函数。
解:由序列可得到32333()23n G x x x x n x =+++++因为23111n x x x x x =++++++- 2311()'12341n x x x nx x-=++++++-设 2311()()'23(1)1n np x x x x x n x nx x-==++++-+-2222221[()]'123(1)n n p x x x x n x n x --=+++++-+设 2223212()[()]'23(1)n nq x x p x x x x n x n x -==++++-+3323231[()]'123(1)n n q x x x n x n x --=++++-+ 3233313[()]'23(1)n n x q x x x x n x n x -=+++-+ 由以上推理可知[()]'x q x =,[7*94*(6)],n n +-所以可通过求得[()]'x q x 得到序列的母函数:32()4G x x x x =++2321()()[34(3)]6n H x F x dx x x n x +==++++⎰2.2题(陈兴)已知序列343,,,,333n ⎧+⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎫⎨⎬ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎭⎩,求母函数 解: 3*2*14*3*2(3)*(2)*(1)()3*2*13*2*13*2*1nn n n G x x +++=+++=1[3.2.1 4.3.2(3)(2)(1)]6n x n n n x ++++++211()()[3.2 4.3(3)(2)]6n F x G x dx x x n n x +==+++++⎰ 2321()()[34(3)]6n H x F x dx x x n x +==++++⎰3431()()[]6n I x H x dx x X x ++==++⎰因为23111n x x x x+=+++++-所以211()(1)61I x x x x=----所以31()[]'''61x G x x=-就是所求序列的母函数。
第二章 母函数及其应用问题:对于不尽相异元素的部分排列和组合,用第一章的方法是比较麻烦的(参见表2.0.1)。
新方法:母函数方法,问题将显得容易多了。
其次,在求解递推关系的解、整数分拆以及证明组合恒等式时,母函数方法是一种非常重要的手段。
母函数方法的基本思想是把离散的数列同多项式或幂级数一一对应起来,从而把离散数列间的结合关系转化为多项式或幂级数之间的运算。
2.1 母 函 数(一)母函数(1)定义定义2.1.1 对于数列{}n a ,称无穷级数()∑∞=≡0n nnxax G 为该数列的(普通型)母函数,简称普母函数或母函数。
(2)例例2.1.1 有限数列C (n ,r ),r =0,1,2, …,n 的普母函数是()nx +1。
例2.1.2 无限数列{1,1,…,1,…}的普母函数是+++++=-nxx x x2111(3)说明● n a 可以为有限个或无限个; ● 数列{}n a 与母函数一一对应,即给定数列便得知它的母函数;反之,求得母函数则数列也随之而定;例如,无限数列{0,1,1,…,1,…}的普母函数是 +++++n x x x 20=xx -1● 这里将母函数只看作一个形式函数,目的是利用其有关运算性质完成计数问题,故不考虑“收敛问题”,而且始终认为它是可“逐项微分”和“逐项积分”的。
(4)常用母函数(二)组合问题(1)组合的母函数定理2.1.1 组合的母函数:设{}m m e n e n e n S ⋅⋅⋅=,,,2211 ,且n 1+ n 2+…+ n m =n ,则S 的r 可重组合的母函数为()x G =∏∑==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛mi n j ji x 10=∑=n r r r x a 0 (2.1.1) 其中,r 可重组合数为rx 之系数r a ,r =0,1,2, …,n .定理2.1.1的最大优点在于:● 将无重组合与重复组合统一起来处理;● 使处理可重组合的枚举问题变得非常简单。
2.1 求序列{0,1,8,27,…3n …}的母函数。
解:()()++++++=++++++=nn n x n x x x x G x a x a x a x a a x G 3323322102780()046414321313=+-+--==-----n n n n n n n a a a a a n a n a左右同乘再连加:464:0464:0464:0464:4321543211123455012344=+-+-=+-+-=+-+-=+-+-----------n n n n n n n n n n n n a a a a a x a a a a a x a a a a a x a a a a a x母函数:()()42162036-+-=x x x x G2.2 已知序列()()3433{,,……()33,,n +……},求母函数。
解:1(1)nx -的第k 项为:11()k n n +-- ,对于本题,n=4, ∴母函数为:41(1)x - 2.3 已知母函数G (X )= 25431783x x x--+,求序列{ n a }解:G (X )=)61)(91(783x x x +-+=)61()91(x Bx A ++-从而有: ⎩⎨⎧-==⇒⎩⎨⎧=-=+4778963B A B A B AG (X )=)61(4)91(7x x +-+-G (X )=7)999x (13322 ++++x x -4))6((-6)(-6)x (13322 +-+++x xn a =7*n )6(*49n -- 2.4.已知母函数239156xx x---,求对应的序列{}n a 。
解:母函数为239()156x G x x x -=--39(17)(18)xx x -=+- A BG(x)17x 18xA(18x)B(17x)39x=++--++=-令 A B 38A +7B =9+=⎧⎨--⎩解得:A=2 B=1所以 ii i 0i 021G(x)2*(7x)(8x)17x 18x ∞∞===+=-++-∑∑n n n a 2*(7)8=-+2.5 设n n F G 2=,其中F n 是第n 个Fibonacci 数。