基本计数原理和排列组合
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计数原理一、两个计数原理内容1、分类计数原理:完成一件事,有n类办法,在第1类办法中有m1种不同的方法,在第2类办法中有m2种不同的方法……在第n类办法中有m n种不同的方法,那么完成这件事共有N=m1 +m2 +……+m n种不同的方法.2、分步计数原理:完成一件事,需要分n个步骤,做第1步骤有m1种不同的方法,做第2步骤有m2种不同的方法……做第n步骤有m n种不同的方法,那么完成这件事共有N=m1×m2×……×m n种不同的方法.二、例题例1 某学校食堂备有5种素菜、3种荤菜、2种汤。
现要配成一荤一素一汤的套餐。
问可以配制出多少种不同的品种?分析:1、完成的这件事是什么?2、如何完成这件事?(配一个荤菜、配一个素菜、配一汤)3、它们属于分类还是分步?(是否独立完成)4、运用哪个计数原理?5、进行计算.解:属于分步:第一步配一个荤菜有3种选择第二步配一个素菜有5种选择第三步配一个汤有2种选择共有N=3×5×2=30(种)例2 有一个书架共有2层,上层放有5本不同的数学书,下层放有4本不同的语文书。
(1)从书架上任取一本书,有多少种不同的取法?(2)从书架上任取一本数学书和一本语文书,有多少种不同的取法?(1)分析:1、完成的这件事是什么?2、如何完成这件事?3、它们属于分类还是分步?(是否独立完成)4、运用哪个计数原理?5、进行计算。
解:属于分类:第一类从上层取一本书有5种选择第二类从下层取一本书有4种选择共有N=5+4=9(种)(2)分析:1、完成的这件事是什么?2、如何完成这件事?3、它们属于分类还是分步?(是否独立完成)4、运用哪个计数原理?5、进行计算.解:属于分步:第一步从上层取一本书有5种选择第二步从下层取一本书有4种选择共有N=5×4=20(种)例3、有1、2、3、4、5五个数字.(1)可以组成多少个不同的三位数?(2)可以组成多少个无重复数字的三位数?(3)可以组成多少个无重复数字的偶数的三位数?(1)分析: 1、完成的这件事是什么?2、如何完成这件事?(配百位数、配十位数、配个位数)3、它们属于分类还是分步?(是否独立完成)4、运用哪个计数原理?5、进行计算.略解:N=5×5×5=125(个)(2)(3)(4)自己完成。
计数原理与排列组合1.两个计数原理2.排列3.组合1.计数原理的两个不同点(1)分类问题中的每一个方法都能完成这件事.(2)分步问题中每步的每一个方法都只能完成这件事的一部分.2.排列与组合问题(1)三个原则①有序排列、无序组合.②先选后排.③复杂问题分类化简或正难则反.(2)两个优先①特殊元素优先.②特殊位置优先.即先考虑特殊的元素(或位置),再考虑其他元素(或位置).3.正确理解组合数的性质(1)C m n=C n-mn从n个不同元素中取出m个元素的方法数等于取出剩余n-m个元素的方法数.(2)C m n+C m-1=C m n+1n从n+1个不同元素中取出m个元素可分以下两种情况:①不含特殊元素A有C m n种方法;②含特殊元素A有C m-1种方法.n[四基自测]1.从3,5,7,11这四个质数中,每次取出两个不同的数分别为a,b,共可得到lg a-lg b的不同值的个数是()A.6B.8C.12D.16答案:C2.已知两条异面直线a,b上分别有5个点和8个点,则这13个点可以确定不同的平面个数为()A.40B.16C.13 D.10答案:C3.(a+b+c)(d+e+f+h)(i+j+k+l+m)展开后共有________项.答案:604.如图,从A城到B城有3条路;从B城到D城有4条路;从A城到C城有4条路,从C城到D城有5条路,则某旅客从A城到D城共有________条不同的路线.答案:325.(2017·高考全国卷Ⅱ改编)安排3人完成3项工作,每人完成一项,有______种安排方式.答案:6授课提示:对应学生用书第187页考点一计数原理◄考基础——练透[例1](1)已知集合P={x,1},Q={y,1,2},其中x,y∈{1,2,3,…,9},且P⊆Q.把满足上述条件的一对有序整数对(x,y)作为一个点的坐标,则这样的点的个数是()A.9B.14C.15 D.21解析:因为P={x,1},Q={y,1,2},且P⊆Q,所以x∈{y,2}.所以当x=2时,y=3,4,5,6,7,8,9,共有7种情况;当x=y时,x=3,4,5,6,7,8,9,共有7种情况.故共有7+7=14种情况,即这样的点的个数为14.答案:B(2)教学大楼共有五层,每层均有两个楼梯,由一层到五层的走法有() A.10种B.25种C.52种D.24种解析:共分4步:一层到二层有2种,二层到三层有2种,三层到四层有2种,四层到五层有2种,一共有24种.答案:D(3)从2,3,4,5,6,7,8,9这8个数中任取2个不同的数分别作为一个对数的底数和真数,则可以组成不同对数值的个数为()A.56 B.54C.53 D.52解析:在8个数中任取2个不同的数共有8×7=56个对数值;但在这56个对数值中,log24=log39,log42=log93,log23=log49,log32=log94,即满足条件的对数值共有56-4=52个.答案:D(4)从0,1,2,3,4这5个数字中任选3个组成三位数,其中偶数的个数为________.解析:按个位数字是否为0进行分类,因为0不能排在首位.若0在个位,则十位数字有4种排法,百位数字有3种排法,共有4×3=12种.若2或4在个位,个位数字有2种排法,再分类,若0在十位,则百位数字有3种排法.若0不在十位,十位数字有3种排法,百位数字有2种排法.共有2×(1×3+3×2)=18,故总12+18=30.答案:30应用计数原理的三个注意点(1)注意完成“这件事”是做什么.(2)弄清完成“这件事”是分类还是分步.①根据完成事件的特点,进行“分类”,根据事件的发生过程进行“分步”.②分类要按照同一个标准,任何一类中的任何一种方法都可以单独完成这件事.③分步时各步相互依存,只有各步都完成时,才算完成这件事.(3)合理设计步骤、顺序,使各步互不干扰,还要注意元素是否可以重复选择.1.将本例(3)改为从1,2,3,4,9中每次取出两个数记为a,b,则可得到log a b 的不同值的个数为()A.9 B.10C.13 D.16解析:显然a≠1,若a=2,3,4,9,b=1时,有log a b=0,1个;若a=2,b=3,4,9时,有log23,log24=2,log29,3个;若a =3,b =2,4,9时,有log 32,log 34,log 39=2(舍去),2个; 若a =4,b =2,3,9时,有log 42=12,log 43,log 49=log 23(舍去),2个; 若a =9,b =2,3,4时,有log 92,log 93=12(舍去),log 94=log 32(舍去),1个,共有1+3+2+2+1=9个. 答案:A2.将本例(4)改为用数字2,3,4,6,8组成无重复数字的三位偶数的个数为________.解析:先排个位有4种方法,再排十位有4种方法,最后排百位,有3种方法,故共有4×4×3=48种排法,对应48个三位偶数. 答案:483.将本例(4)改为在所有的两位数中,个位数字大于十位数字的两位数的个数为________.解析:根据题意,将十位上的数字按1,2,3,4,5,6,7,8的情况分成8类,在每一类中满足题设条件的两位数分别是8个,7个,6个,5个,4个,3个,2个,1个.由分类加法计数原理知:符合条件的两位数共有8+7+6+5+4+3+2+1=36(个). 答案:36考点二 排列问题◄考能力——知法[例2] (1)室内体育课上王老师为了丰富课堂内容,调动同学们的积极性,他把第四排的8名同学请出座位并且编号为1,2,3,4,5,6,7,8.通过观察这8名同学的身体特征,王老师决定,按照1,2号相邻,3,4号相邻,5,6号相邻,而7号与8号不相邻的要求站成一排做一种游戏,则有________种排法.(用数字作答)解析:把编号相邻的3组同学每两名同学捆成一捆,这3捆之间有A 33=6(种)排序方法,并且形成4个空当,再将7号与8号插进空当中,有A24=12(种)插法,而捆好的3捆中每相邻的两名同学都有A22=2(种)排法.所以不同的排法种数为23×6×12=576.答案:576(2)(2019·济南模拟)航天员拟在太空授课,准备进行标号为0,1,2,3,4,5的六项实验,向全世界人民普及太空知识,其中0号实验不能放在第一项,最后一项的标号小于它前面相邻一项的标号,则实验顺序的编排方法种数为________(用数字作答).解析:优先安排第一项实验,再利用定序问题相除法求解.由于0号实验不能放在第一项,所以第一项实验有5种选择.最后两项实验的顺序确定,所以共有5A55A22=300种不同的编排方法.答案:300有限制条件的排列问题的解题方法1.(2019·衡水冀州中学月考)将A,B,C,D,E五种不同的文件放入编号依次为1,2,3,4,5,6,7的七个抽屉内,每个抽屉至多放一种文件,若文件A,B必须放入相邻的抽屉内,文件C,D也必须放入相邻的抽屉内,则所有不同的放法有()A.120种B.210种C.420种D.240种解析:可先排相邻的文件,再作为一个整体与其他文件排列,则有A22A22A35=240种排法,所以选D.答案:D2.6名同学排成1排照相,要求同学甲既不站在最左边又不站在最右边,共有________种不同站法.解析:先从其他5人中安排2人站在最左边和最右边,再安排余下4人的位置,分为两步:第1步,从除甲外的5人中选2人站在最左边和最右边,有A25种站法;第2步,余下4人(含甲)站在剩下的4个位置上,有A44种站法.由分步乘法计数原理可知,共有A25A44=480(种)不同的站法.答案:480考点三组合问题及混合问题◄考基础——练透角度1简单的组合问题[例3](1)(2018·高考全国卷Ⅰ)从2位女生,4位男生中选3人参加科技比赛,且至少有1位女生入选,则不同的选法共有________种.(用数字填写答案)解析:法一:按参加的女生人数可分两类:只有1位女生参加有C12C24种,有2位女生参加有C22C14种.故共有C12C24+C22C14=2×6+4=16(种).法二:间接法.从2位女生,4位男生中选3人,共有C36种情况,没有女生参加的情况有C34种,故共有C36-C34=20-4=16(种).答案:16(2)有甲、乙、丙3项任务,甲需2个人承担,乙、丙各需1个人承担,从10个人中选出4个人承担这3项任务,不同的选法有________.解析:要从10个人中选出4个人承担3项任务,甲需2个人承担,乙、丙各需1个人承担,先从10个人中选出2个人承担甲项任务,不同的选法有C210种;再从剩下8个人中选1个人承担乙项任务,不同的选法有C18种;最后从另外7个人中选1个人承担丙项任务,不同的选法有C17种.综上,不同的选法共有C210C18C17=2 520(种).答案:2 520角度2简单的组合与排列混合问题[例4](1)将红、黑、蓝、黄4个不同的小球放入3个不同的盒子,每个盒子至少放一个球,且红球和蓝球不能放在同一个盒子,则不同的放法的种数为()A.18 B.24C.30 D.36解析:将4个小球放入3个不同的盒子,先在4个小球中任取2个作为1组,再将其与其他2个小球对应3个盒子,共有C24A33=36种情况,若红球和蓝球放到同一个盒子,则黑、黄球放进其余的盒子里,有A33=6种情况,则红球和蓝球不放到同一个盒子的放法种数为36-6=30种.答案:C(2)某校从8名教师中选派4名教师同时去4个边远地区支教(每地1人),其中甲和乙不同去,甲和丙只能同去或同不去,则不同的选派方案种数是() A.150 B.300C.600 D.900解析:若甲去,则乙不去,丙去,再从剩余的5名教师中选2名,有C25×A44=240种方法;若甲不去,则丙不去,乙可去可不去,从6名教师中选4名,共有C46×A44=360种方法.因此共有600种不同的选派方案.答案:C角度3分组、分配问题[例5](1)(2017·高考全国卷Ⅱ)安排3名志愿者完成4项工作,每人至少完成1项,每项工作由1人完成,则不同的安排方式共有()A.12种B.18种C.24种D.36种解析:因为安排3名志愿者完成4项工作,每人至少完成1项,每项工作由1人完成,所以必有1人完成2项工作.先把4项工作分成3组,即2,1,1,有C24C12C11A22=6种,再分配给3个人,有A33=6种,所以不同的安排方式共有6×6=36(种).答案:D(2)将2名教师、4名学生分成2个小组,分别安排到甲、乙两地参加社会实践活动,每个小组由1名教师和2名学生组成,不同的安排方案共有() A.12种B.10种C.9种D.8种解析:先从4名学生中选2人安排到甲地,有C24种不同的方法;再从2名老师中选1人安排到甲地,有C12种不同的方法;其余2名学生和1名老师安排到乙地只有一种方法,根据分步乘法计数原理,不同的安排方法共有C24C12=12种,故选A.答案:A1.解决简单的排列与组合的综合问题的思路(1)根据附加条件将要完成事件先分类.(2)对每一类型取出符合要求的元素组合,再对取出的元素排列.(3)由分类加法计数原理计算总数.2.“分组分配”问题的解题技巧1.(2019·河南豫北名校联考)2018年元旦假期,高三的8名同学准备拼车去旅游,其中(1)班、(2)班、(3)班、(4)班每班各两名,分乘甲乙两辆汽车,每车限坐4名同学(乘同一辆车的4名同学不考虑位置),其中(1)班两位同学是孪生姐妹,需乘同一辆车,则乘坐甲车的4名同学中恰有2名同学是来自同一个班的乘坐方式共有()A.18种B.24种C.48种D.36种解析:由题意,有两类:第一类,一班的2名同学在甲车上,甲车上剩下两个要来自不同的班级,从三个班级中选两个,有C23=3种,然后分别从选择的班级中再选择一个学生,有C12C12=4种,故有3×4=12种.第二类,一班的2名同学不在甲车上,则从剩下的3个班级中选择一个班级的两名同学在甲车上,有C13=3种,然后再从剩下的两个班级中分别选择一人,有C12C12=4种,这时共有3×4=12种,根据分类计数原理得,共有12+12=24种不同的乘车方式,故选B.答案:B2.(2019·福建福州模拟)福州西湖公园花展期间,安排6位志愿者到4个展区提供服务,要求甲、乙两个展区各安排一个人,剩下两个展区各安排两个人,不同的安排方案共有()A.90种B.180种C.270种D.360种解析:根据题意,分3步进行分析:①在6位志愿者中任选1个,安排到甲展区,有C16=6种情况;②在剩下的5个志愿者中任选1个,安排到乙展区,有C15=5种情况;③将剩下的4个志愿者平均分成2组,然后安排到剩下的2个展区,有C24C22A22×A22=6种情况,则一共有6×5×6=180种不同的安排方案,故选B.答案:B数学建模、数学运算——不定方程与组合问题中的学科素养在学习排列组合知识时,我们经常遇到把若干相同元素分成几组的问题.这类问题可以用一个比较简单的模型,就是转化为不定方程解的个数问题,从而得以快速解决.[直接隔板法][例]把6个相同的小球放入4个盒子中,每个盒子都不为空,有多少种不同的放法?解析:本题相当于将6个相同的球分为4组.可以先把6个球排成一排,中间有五个空位,我们只需在这五个位置中任取三个位置放上隔板就可把小球分隔成4组了,故有C35=10种不同的放法.[拓展为不定方程法]设每个盒子中的小球数分别为x1,x2,x3,x4,求x1+x2+x3+x4=6的正整数解的组数.这是四元不定方程,把6分为6个1,6个1之间有5个空,选3个空放3个加号,所以有C35=10种放法.一种放法就唯一对应不定方程x1+x2+x3+x4=6的一组正整数解,故此不定方程有C35=10组正整数解.[拓展模型]设n,m∈N*,n≥m≥1,则不定方程x1+x2+x3+…+x m=n的正整数解有C m-1n-1组.拓展应用1把20个相同的小球放入4个盒子中,有多少种不同的放法?解析:与例题相比少了“每个盒子都不为空”这个条件,就是说盒子里可以为空.我们可以这样理解:设每个盒子的小球数分别为x1,x2,x3,x4,求不定方程x1+x2+x3+x4=20的非负整数解的组数.那么能否转化为模型1来解决呢?先在每个盒子里放上1个球,保证每个盒子不空,然后再来放这20个球,就是模型1了.即(x1+1)+(x2+1)+(x3+1)+(x4+1)=20+4=24,令y1=x1+1,y2=x2+1,y3=x3+1,y4=x4+1,则y1,y2,y3,y4为正整数,问题转化为求不定方程y1+y2+y3+y4=24的正整数解的组数,从而转化为模型1,可知不定方程有C4-1=C323组正整数解.所以,原20+4-1问题中,有C323种不同的放球方法.拓展应用2把20个相同的小球放入5个编号为1,2,3,4,5的盒子中,且每个盒子里的球数不得少于编号,问有多少种不同的放法?解析:问题即是解不定方程x1+x2+x3+x4+x5=20,(x i≥i,x i∈N*).我们先在2号盒子里放1个球,3号盒子放2个球,4号盒子放3个球,5号盒子放4个球,则有x1+(x2-1)+(x3-2)+(x4-3)+(x5-4)=10,令y i=x i-(i-1),则y1,y2,y3,y4,y5为正整数,只需求y1+y2+y3+y4+y5=C49=126种不同=10的正整数解有多少组,从而转化为模型1,知有C5-110-1的放法.课时规范练单独成册:对应学生用书第325页A组基础对点练1.把标号为1,2,3,4,5的同色球全部放入编号为1~5号的箱子中,每个箱子放一个球且要求偶数号的球必须放在偶数号的箱子中,则所有的放法种数为()A.36B.20C.12 D.10解析:依题意,满足题意的放法种数为A22·A33=12,选C.答案:C2.一个学习小组有6个人,从中选正、副组长各一个,则不同的选法种数为()A.C26B.A26C.62D.26解析:问题可转化为从6个元素中任选两个元素的排列问题,共有A26种不同的选法.答案:B3.已知集合A={1,2,3,4,5,6},则集合A的含偶数个元素的子集的个数为()A.16 B.32C.64 D.128解析:由题意,集合A的含偶数个元素的子集的个数为C06+C26+C46+C66=1+15+15+1=32.答案:B4.从0,2中选一个数字,从1,3,5中选两个数字,组成无重复数字的三位数.其中奇数的个数为()A.24B.18C.12 D.6解析:当从0,2中选取2时,组成的三位奇数的个位只能是奇数,十位、百位全排列即可,共有C23C12A22=12个.当选取0时,组成的三位奇数的个位只能是奇数,0必须在十位,共有C23C12=6个.综上,共有12+6=18个.选B.答案:B5.书架上原来并排放着5本不同的书,现要再插入3本不同的书,那么不同的插法共有()A.336种B.120种C.24种D.18种解析:分三步完成:第一步,插入第1本书,有6种方法;第二步,插入第2本书,有7种方法;第三步,插入第3本书,有8种方法,所以不同的插法有6×7×8=336种.答案:A6.6把椅子摆成一排,3人随机就座,任何两人不相邻的坐法种数为() A.144 B.120C.72 D.24解析:先把三把椅子隔开摆好,它们之间和两端有4个位置,再把三人带椅子插放在四个位置,共有A34=24种放法,故选D.答案:D7.若从1,2,3,…,9这9个数字中同时取4个不同的数字,其和为偶数,则不同的取法共有()A.60种B.63种C.65种D.66种解析:共有4个不同的偶数和5个不同的奇数,要使和为偶数,则4个数全为奇数,或全为偶数,或2个奇数和2个偶数,故不同的取法有C45+C44+C25C24=66(种).答案:D8.(2019·洛阳模拟)从10名大学毕业生中选3人担任村长助理,则甲、乙至少有1人入选,而丙没有入选的不同选法的种数为()A.72 B.56C.49 D.28解析:分两类:甲、乙中只有1人入选且丙没有入选,甲、乙均入选且丙没有入选,计算可得所求选法种数为C12C27+C22C17=49.答案:C9.(2019·唐山模拟)某会议室第一排有9个座位,现安排4人就座,若要求每人左右均有空位,则不同的坐法种数为()A.8 B.16C.24 D.60解析:根据题意,9个座位中满足要求的座位只有4个,现有4人就座,把4人进行全排列,即有A44=24种不同的坐法.答案:C10.(2019·成都模拟)由数字1,2,3,4,5组成没有重复数字的五位数,若2与4相邻,且1与2不相邻,则这样的五位数共有()A.12个B.24个C.36个D.48个解析:分步完成,先排2,4,有A22种排法,再把排好的2,4看成一个整体,与3,5再排,有A33种排法;最后把1插空,仅有3个空位可选,有3种插法,故共有A22A33·3=2×6×3=36个不同的五位数.答案:CB组能力提升练11.如图所示,∠MON的边OM上有四点,A1,A2,A3,A4,ON上有三点B1,B2,B3,则以O,A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3为顶点的三角形个数为()A.30 B.42C.54 D.56解析:分类完成.在O,A1,A2,A3,A4这5个点中取2个,在B1,B2,B3中取1个,有C25C13个三角形;在B1,B2,B3中取2个,在A1,A2,A3,A4中取1个,有C23C14个三角形,故共C25C13+C23C14=42个.答案:B12.某学习小组共6人,现遇到了两道难题,一道物理题,一道数学题,其中甲、乙、丙三人对数学题感兴趣,丁对两道题都感兴趣,戍、己两人对物理题感兴趣,现从感兴趣的人中各选2人解这两道难题,则不同的选法种数为() A.9 B.15C.18 D.30解析:若丁解数学题,则不同的选法为C24C22;若丁解物理题,则不同的选法为C23C23;故共有C24C22+C23C23=15种不同的选法.答案:B13.从正方体六个面的对角线中任取两条作为一对,其中所成的角为60°的共有()A.24对B.30对C.48对D.60对解析:正方体中共有12条面对角线,任取两条作为一对共有C212=66对,12条对角线中的两条所构成的关系有平行、垂直、成60°角.相对两面上的4条对角线组成的C24=6对组合中,平行有2对,垂直有4对,所以所有的平行和垂直共有3C24=18对.所以成60°角的有C212-3C24=66-18=48(对).答案:C14.在一次8名运动员参加的百米成绩测试中,甲,乙,丙三人要求在第三、四、五跑道上,其他人随意安排,则安排这8人进行成绩测试的方法的种数为________.解析:分两步安排这8名运动员.第一步:安排甲、乙、丙三人,共有3,4,5三条跑道可安排.所以安排方式有3×2×1=6种.第二步:安排另外5人,可在余下的5条跑道上安排,所以安排方式有5×4×3×2×1=120种.所以安排这8名运动员的方式有6×120=720种.答案:72015.将A,B,C,D,E,F六个字母排成一排,且A,B均在C的同侧,则不同的排法共有________种(用数字作答).解析:“小集团”处理,特殊元素优先,则不同的排法共有C36C12A22A33=480(种).答案:48016.用红、黄、蓝三种颜色去涂图中标号为1,2,…,9的9个小正方形,使得任意相邻(有公共边)的小正方形所涂颜色都不相同,且标号为“3,5,7”的小正方形涂相同的颜色,则符合条件的所有涂法共有________种.解析:首先看图形中的3,5,7,有C13=3种涂法.对于2,有两种涂法,对于4有两种涂法.当2,4涂的颜色相同时,1有2种涂法;当2,4涂的颜色不同时,1有1种涂法.根据对称性可知共有3×(2×2+2×1)2=108种涂法.答案:108第二节二项式定理授课提示:对应学生用书第190页[基础梳理]1.二项式定理(a+b)n=C0n a n+C1n a n-1b+…+C k n a n-k b k+…+C n n b n(n∈N*),其中右端为(a+b)n 的二项展开式.2.二项展开式的通项公式=C k n a n-k b k.第k+1项为:T k+13.二项式系数(1)定义:二项式系数为:C k n(k∈{0,1,2,…,n}).(2)二项式系数的性质和1.一对易混概念二项展开式中第r+1项的(1)二项式系数是C r n .而不是C r +1n .(2)项的系数是该项的数字因数. 2.两个常用公式(1)C 0n +C 1n +C 2n +…+C n n =2n .(2)C 0n +C 2n +C 4n +…=C 1n +C 3n +C 5n +…=2n -1.(展开式的奇数项、偶数项的二项式系数相等) 3.三个重要特征(1)字母a 的指数按降幂排列由n 到0. (2)字母b 的指数按升幂排列由0到n .(3)每一项字母a 的指数与字母b 的指数和等于n .[四基自测]1.二项式⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +1x 26的展开式中,常数项的值是( )A .240B .60C .192D .180答案:A2.(x -1)10的展开式中第6项的系数是( ) A .C 610 B .-C 610 C .C 510 D .-C 510答案:D3.二项式(2a 3-3b 2)10的展开式中各项系数的和为________. 答案:14.C 111+C 311+…+C 1111=________.答案:2105.(2018·高考全国卷Ⅲ改编)(x 2+2x )5的展开式的二项式系数和为________. 答案:32授课提示:对应学生用书第190页考点一 通项公式法解决特定项或系数问题◄考基础——练透[例1] (1)(2018·高考全国卷Ⅲ)⎝ ⎛⎭⎪⎫x 2+2x 5的展开式中x 4的系数为( )A .10B .20C .40D .80解析:⎝ ⎛⎭⎪⎫x 2+2x 5的展开式的通项公式为T r +1=C r 5·(x 2)5-r ·⎝ ⎛⎭⎪⎫2x r =C r 5·2r ·x 10-3r ,令10-3r =4,得r =2.故展开式中x 4的系数为C 25·22=40. 故选C . 答案:C(2)二项式⎝ ⎛⎭⎪⎫x -1ax 6(a >0)展开式中x 2项的系数为15,则实数a =________.解析:由题意可知T r +1=C r 6x 6-2r(-1)r ·a -r ,0≤r ≤6,r ∈Z ,则x 2项的系数是C 26a-2=15,又a >0,则a =1. 答案:1(3)⎝⎛⎭⎪⎪⎫x -124x 8的展开式中的有理项共有________项. 解析:⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫x -124x 8的展开式的通项为T r +1=C r 8(x )8-r ⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫-124x r =⎝ ⎛⎭⎪⎫-12r C r 8x (r=0,1,2,…,8),为使T r +1为有理项,r 必须是4的倍数,所以r =0,4,8,故共有3个有理项,分别是T 1=⎝ ⎛⎭⎪⎫-120C 08x 4=x 4,T 5=⎝ ⎛⎭⎪⎫-124C 48x =358x ,T 9=⎝ ⎛⎭⎪⎫-128C 88x -2=1256x 2. 答案:3通项公式法即利用二项展开式的通项公式,根据题意,对相应的指数进行赋值,从而解决指定项问题的方法.此方法适用于已知二项式,求常数项、指定项的系数等问题.破解此类题的关键点:(1)求通项,根据二项式(a +b )n 的展开式的通项公式T k +1=C k n an -k b k (k =0,1,2,…,n ),整理出T k +1=m ·x f (k ).(2)找方程,依题设条件中的指定项的相关信息,寻找关于k 的方程. (3)解方程,通过解方程,求出k 的值. (4)得结论,把k 的值代入通项公式,得结论.1.在本例(2)的条件下求展开式中的常数项.解析:由于a =1,(x -1x )6的通项公式T r +1=(-1)r C r 6·x 6-2r . 令6-2r =0,∴r =3. 常数项为T 4=(-1)3C 36=-20.2.将本例(1)改为:⎝ ⎛⎭⎪⎫x 2+a x 5的展开式中x 4的系数为40,求a 的值.解析:T r +1=C r 5(x 2)5-r ·⎝ ⎛⎭⎪⎫a x r=C r 5·a r ·x 10-3r ,令10-3r =4.∴r =2.∴C 25a 2=40,∴a 2=4,∴a =±2.考点二 赋值法解决二项展开式的各项系数和问题◄考能力——知法[例2] (1)设⎝ ⎛⎭⎪⎫5x -1x n 的展开式的各项系数之和为M ,二项式系数之和为N ,若M -N =240,则展开式中含x 的项为________.(2)若⎝ ⎛⎭⎪⎫x 2-1x n的展开式中含x 的项为第6项,设(1-3x )n =a 0+a 1x +a 2x 2+…+a n x n ,则a 1+a 2+…+a n 的值为________. 解析:(1)由已知条件4n-2n=240,解得n =4,T r +1=C r 4(5x )4-r ⎝⎛⎭⎪⎫-1x r=(-1)r 54-r C r 4x ,令4-3r2=1,得r =2,T 3=150x .(2)二项式⎝ ⎛⎭⎪⎫x 2-1x n 的展开式的第6项是T 5+1=C 5n (-1)5x 2n -15,令2n -15=1,得n =8.在二项式(1-3x )8的展开式中,令x =0,得a 0=1;令x =1,得a 0+a 1+…+a 8=(-2)8=256.所以a 1+a 2+…+a 8=255. 答案:(1)150x (2)255赋值法是指对二项式中的未知元进行赋值,从而求得二项展开式的各项的系数和的方法.此方法体现的是从一般到特殊的转化思想.破解此类题的关键点: (1)赋值,认真观察已知等式,给未知元合理赋值.常赋的值有1,-1,0等. (2)求参数,通过合理赋值,建立关于参数的方程,并解方程,求出参数的值. (3)得结论,求出指定项的系数和.1.(2019·河北邯郸模拟)在⎝ ⎛⎭⎪⎫x +3x n 的展开式中,各项系数和与二项式系数和之比为64,则x 3的系数为( ) A .15 B .45 C .135D .405解析:令⎝ ⎛⎭⎪⎫x +3x n 中x 为1,得各项系数和为4n ,又展开式的各项的二项式系数和为2n,各项系数的和与各项二项式系数的和之比为64,∴4n2n =64,解得n=6,∴二项式的展开式的通项公式为T r +1=C r 6·3r·x ,令6-32r =3,求得r =2,故展开式中x 3的系数为C 26·32=135,故选C .答案:C2.(2019·湖南湘潭模拟)若(1+x )(1-2x )8=a 0+a 1x +…+a 9x 9,x ∈R ,则a 1·2+a 2·22+…+a 9·29的值为( ) A .29 B .29-1 C .39D .39-1解析:(1+x )(1-2x )8=a 0+a 1x +a 2x 2+…+a 9x 9,令x =0,得a 0=1;令x =2,得a 0+a 1·2+a 2·22+…+a 9·29=39, ∴a 1·2+a 2·22+…+a 9·29=39-1.故选D . 答案:D考点三 求非二项式结构的展开的特定项(或系数)◄考基础——练透[例3] (1)如果(1+x +x 2)(x -a )5(a 为实常数)的展开式中所有项的系数和为0,则展开式中含x 4项的系数为________;(2)(x 2-x +1)10展开式中x 3项的系数为________; (3)(1+3x )6⎝⎛⎭⎪⎪⎫1+14x 10展开式中的常数项为________. 解析:(1)∵(1+x +x 2)(x -a )5的展开式所有项的系数和为(1+1+12)(1-a )5=0, ∴a =1.∴(1+x +x 2)(x -a )5=(1+x +x 2)(x -1)5=(x 3-1)·(x -1)4=x 3(x -1)4-(x -1)4,其展开式中含x 4项的系数为C 34(-1)3-C 04(-1)0=-5.(2)由题意,(x 2-x +1)10=[x (x -1)+1]10=C 010[x (x -1)]0·110+C 110[x (x -1)]1·19+C 210[x (x -1)]2·18+C 310[x (x -1)]3·17+…+C 1010[x (x -1)]10·10 =C 010+C 110x (x -1)+C 210x 2(x -1)2+C 310x 3(x -1)3+…+C 1010x 10(x -1)10, 因为x 3出现在C 210x 2(x -1)2+C 310x 3(x -1)3=C 210x 2(x 2-2x +1)+C 310x 3(x 3-3x 2+3x -1)中,所以x 3的系数为C 210(-2)+C 310(-1)=-90-120=-210.(3)分别求两个因式的通项:T r +1=C r 6x,T r ′+1=C r ′10x ,则C r 6x ·C r ′10x=C r 6C r ′10x.又0≤r ≤6,0≤r ′≤10,则r 3-r ′4=0,解得r =r ′=0,r =3且r ′=4,r =6且r ′=8. 即常数项为1+C 36C 410+C 66C 810=4 246.[答案] (1)-5 (2)-210 (3)4 246非二项式结构求指定项的方法1.(2017·高考全国卷Ⅲ)(x +y )(2x -y )5的展开式中x 3y 3的系数为( ) A .-80 B .-40 C .40D .80解析:当第一个括号内取x 时,第二个括号内要取含x 2y 3的项,即C 35(2x )2(-y )3,当第一个括号内取y 时,第二个括号内要取含x 3y 2的项,即C 25(2x )3(-y )2,所以x 3y 3的系数为C 25×23-C 35×22=10×(8-4)=40.答案:C2.(2017·高考全国卷Ⅰ)⎝ ⎛⎭⎪⎫1+1x 2(1+x )6展开式中x 2的系数为( )A .15B .20C .30D .35解析:(1+x )6展开式的通项T r +1=C r 6x r ,所以⎝⎛⎭⎪⎫1+1x2(1+x )6的展开式中x 2的系数为1×C 26+1×C 46=30,故选C .答案:C3.(x 2+x +y )5的展开式中,x 5y 2的系数为( ) A .10 B .20 C .30D .60解析:(x 2+x +y )5=[(x 2+x )+y ]5的展开式中只有C 25(x 2+x )3y 2中含x 5y 2,易知x 5y 2的系数为C 25C 13=30,故选C .答案:C考点四 二项式系数或项的系数的最值问题◄考基础——练透[例4] (1)已知二项式(a x +13x)n (a >0)的展开式的第五、六项的二项式系数相等且最大,展开式中x 2项的系数为84,则a 的值为( ) A .1 B .14 C .2D .12解析:由展开式的第五、六项的二项式系数相等且最大可知n =9,则展开式的通项公式为T r +1=C r 9(a x )9-r(13x)r =C r 9a9-rx ·x=C r 9a9-rx (r =0,1,2,3,…,9),令92-5r 6=2,则r =3,所以C 39a 9-3=C 39a 6=84,解得a =±1,因为a >0,所以a =1. 答案:A(2)(2019·石家庄模拟)在(1-2x )n 的展开式中,偶数项的二项式系数之和为128,则展开式二项式系数最大的项为________.解析:由二项式系数的性质知,2n -1=128,解得n =8,(1-2x )8的展开式共有9项,中间项,即第5项的二项式系数最大,T 4+1=C 4814(-2x )4=1 120x 4. 答案:1 120x 41.二项式系数的最大值,根据(a +b )y 的二项式系数性质求解.2.项的系数的最值,利用不等式法.求出展开式的通项公式T r +1=C r n ·m ·x q =a r x q为最大系数,则⎩⎪⎨⎪⎧a r ≥a r +1,a r ≥a r -1.求r 的整数解.1.设n 为正整数,(x -2x 3)n 的展开式中仅有第5项的二项式系数最大,则展开式中的常数项为________.解析:依题意得,n =8,所以展开式的通项T r +1=C r 8x 8-r (-2x 3)r =C r 8x8-4r(-2)r ,令8-4r =0,解得r =2,所以展开式中的常数项为T 3=C 28(-2)2=112.答案:1122.(2019·厦门模拟)⎝⎛⎭⎪⎪⎫x +13x 2n (n ∈N *)的展开式中只有第6项系数最大,则其常数项为( ) A .120 B .210 C .252D .45解析:由已知得,二项式展开式中各项的系数和二项式系数相等.由展开式中只有第6项的系数C 52n 最大,可得展开式有11项,即2n =10,n =5. ⎝⎛⎭⎪⎪⎫x +13x 10展开式的通项为T r +1=C r 10xx=C r 10x,令5-56r =0可得r =6,此时T 7=C 610=210.答案:B数学运算、逻辑推理——二项式定理的展开原理的应用 [例1] (x +2y -3z )9的展开式中含x 4y 2z 3项的系数为( ) A .-136 000 B .-136 080 C .-136 160D .136 280解析:由(x +2y -3z )9=[x +(2y -3z )]9,得展开式的通项T r +1=C r 9·x 9-r ·(2y -3z )r =C r 9·x 9-r ·C t r ·(2y )r -t ·(-3z )t =C r 9·C t r ·2r -t ·(-3)t ·x 9-r ·y r -t ·z t (t ≤r ≤9),令⎩⎪⎨⎪⎧t =3,r -t =2,9-r =4,则⎩⎪⎨⎪⎧t =3,r =5.故含x 4y 2z 3项的系数为C 59×C 35×22×(-3)3=-136 080.故选B . 答案:B[例2] (2019·临沂模拟)489被7除的余数为________.解析:由489=(49-1)9=C 09499+C 19498(-1)+C 29497(-1)2+…+C 8949(-1)8+C 99(-1)9=49[C 09498+C 19497(-1)+C 29496(-1)2+…+C 89(-1)8]-7+6,知489被7除的余数为6. 答案:6课时规范练单独成册:对应学生用书第326页A 组 基础对点练1.(1+2x )5的展开式中,x 2的系数等于( ) A .80 B .40 C .20D .10解析:T k +1=C k 515-k (2x )k =C k 5×2k ×x k ,令k =2,则可得含x 2项的系数为C 25×22=40. 答案:B2.(x -2y )8的展开式中,x 6y 2项的系数是( ) A .56 B .-56 C .28D .-28解析:二项式的通项为T r +1=C r 8x 8-r (-2y )r ,令8-r =6,即r =2,得x 6y 2项的系数为C 28(-2)2=56.答案:A3.在x (1+x )6的展开式中,含x 3项的系数为( ) A .30 B .20 C .15D .10解析:在(1+x )6的展开式中,含x 2的项为T 3=C 26·x 2=15x 2,故在x (1+x )6的展开式中,含x 3的项的系数为15. 答案:C4.⎝ ⎛⎭⎪⎫x 2-12x 6的展开式中,常数项是( ) A .-54 B .54 C .-1516D .1516解析:T r +1=C r 6(x 2)6-r ⎝ ⎛⎭⎪⎫-12x r=⎝ ⎛⎭⎪⎫-12r C r 6x 12-3r ,令12-3r =0,解得r =4. ∴常数项为⎝ ⎛⎭⎪⎫-124C 46=1516.故选D .。
计数原理与排列组合知识点总结计数原理和排列组合是高中数学中重要的概念和工具,在各种数学问题的解决过程中起到了重要的作用。
本文将对计数原理和排列组合的相关知识点进行总结和介绍。
一、计数原理计数原理通过分析一个问题中的各个步骤或条件,来确定解决问题的方式和策略。
常用的计数原理有加法原理、乘法原理、容斥原理和抽屉原理等。
1. 加法原理加法原理适用于多个事件发生的情况,它指出如果一个事件发生的方式有m种,另一个事件发生的方式有n种,那么这两个事件发生的总方式数为m+n。
2. 乘法原理乘法原理适用于多个事件发生的情况,它指出如果一个事件发生的方式有m种,另一个事件发生的方式有n种,则这两个事件发生的总方式数为m×n。
3. 容斥原理容斥原理适用于计算多个集合的并集的情况。
它指出如果有n个集合,分别有A1,A2,...,An个元素,那么这n个集合的并集中元素的个数为:|A1∪A2∪...∪An| = Σ|Ai| - Σ|Ai∩Aj| + Σ|Ai∩Aj∩Ak| - ... + (-1)^(n-1)|A1∩A2∩...∩An|。
4. 抽屉原理抽屉原理也称为鸽笼原理,它指出如果有m+1个物体放入m个抽屉中,那么至少会有一个抽屉中放入两个或两个以上的物体。
二、排列组合排列组合是计数原理的一个重要应用,用于解决选择和安排问题。
它包括排列和组合两个不同的概念。
1. 排列排列是指从一组元素中按一定顺序选取若干元素的方式,其中元素的选取不可重复。
常见的排列问题有全排列和有限排列。
- 全排列是指将一组元素全部进行排列,例如3个元素的全排列有3! = 3×2×1 = 6种。
- 有限排列是指从一组元素中选取若干个元素进行排列,其中元素的选取数目有限。
例如从3个元素中选取2个进行排列,有3×2 = 6种不同的排列方式。
2. 组合组合是指从一组元素中选择若干元素的方式,其中元素的选取不按顺序进行,而是以集合的形式呈现。
计数原理与排列组合计数原理与排列组合是数学中重要的概念和工具,在许多实际问题中起着重要作用。
本文将介绍计数原理与排列组合的概念、性质和应用,帮助读者更好地理解和应用这些知识。
一、计数原理的概念和性质计数原理是数学中的基本原理之一,主要用于求解事件的总数。
常见的计数原理有加法原理和乘法原理。
加法原理:若一个事物可以分成若干个互不相容的部分,且这些部分无交集,则该事物的总数等于各部分的数目之和。
乘法原理:若一个事件可以分成若干个独立的步骤,且每个步骤的选择个数相互独立,则该事件的总数等于各步骤的选择个数之积。
计数原理的性质包括交换律、结合律和分配律,这些性质使得计数原理在组合计数中具有灵活性和实用性。
二、排列组合的概念和性质排列和组合是计数原理的重要应用,它们用于描述对象的选择和排列的方式。
排列:指从n个不同元素中选取r个并按照一定顺序排列的方式。
排列的总数用P(n, r)表示,计算公式为P(n, r) = n!/(n-r)!组合:指从n个不同元素中选取r个元素的方式,不考虑元素的顺序。
组合的总数用C(n, r)表示,计算公式为C(n, r) = n!/[(n-r)!*r!]排列和组合具有许多重要性质,包括互补律、对偶律、加法公式和乘法公式等,这些性质使得排列组合在实际问题中得以应用。
三、排列组合的应用排列组合在实际生活和学术研究中有广泛的应用,下面简要介绍几个常见的应用领域。
1. 组合数学:排列组合是组合数学的基础,用于研究离散结构和组合问题。
在网络安全、密码学等领域中,排列组合作为数学工具发挥着重要作用。
2. 概率统计:排列组合是概率统计的基础,用于计算事件的发生概率和统计样本的组合方式。
在数据分析、市场调查等领域中,排列组合被广泛应用。
3. 计算机科学:排列组合是计算机科学中的重要概念,用于算法设计、数据处理和图形处理等领域。
在计算机图形学、人工智能等研究中,排列组合具有重要应用。
4. 组合优化:排列组合是组合优化问题的基础,用于求解最优方案和优化策略。
公务员考试行测排列组合基本计数原理在各省公务员行测考试中,数量关系是每年都会考察的内容。
这一部分涉及到的内容、题型和知识点都非常繁多,是大家一直比较头痛的部分。
其中,排列组合的相关题目,可能是大家复习当中的难点。
本文是店铺整理的,欢迎阅读。
排列组合基本计数原理排列组合的基本计数原理有两个,加法原理和乘法原理。
下面让我们逐一进行解释:加法原理即分类时采用的计数方法。
也就是说,当完成一件事情,分成几类情况时,把每一类的情况数计算或枚举出来,那么总的情况数,就是所有类的情况数相加。
乘法原理即分步时采用的计数方法。
也就是说,当完成一件事情,分成先后几步时,把每一步的情况数计算或枚举出来,那么总的情况数,就是所有步的情况数相加乘。
那么,何为分类,何为分步?让我们来举例说明。
如果从北京到上海,那么坐飞机可以,坐高铁可以,坐汽车可以,自驾也行,此时称为分类;如果坐飞机有3个航班合适,坐高铁有4趟高铁合适,坐汽车有2趟都行,自驾游也有1种路线,那么从北京到上海,所有的方法数就是3+4+2+1=10种方法。
如果从北京到上海,上海到广州,广州再回北京,整个的行程按顺序分成了3个步骤,此时即为分步;如果从北京到上海有3种方法,上海到广州到4条路线,广州再回北京也有2种方案,那么整个行程,所有的方法数就是3×4×2=24种方法。
我们发现分类与分步,一定是不同的、有区别的,它们的区别就在于:能否独立完成此事。
第一个例子中,想从北京到上海,飞机、高铁、汽车、自驾,这4类方案,都可以完成这个行程,即分类当中的每一类,都可以独立完成整个事情。
第二个例子中,北京到上海,上海到广州,广州再回北京,这是完成整个行程的3步,单独拿出任何一步来,比如上海到广州,这1步,并不意味着整个行程就完成了,即分步当中的任何一步,都不能独立完成此事。
下面来看一个例题,加深对于分类分步的理解:例题:某人乘车从家直接到艺术中心有3条路线可选;从家到体育场有4条路线可选,从体育场到艺术中心有2条路线可选,则他从家到艺术中心共有几种不同的路线?通过阅读题目,我们可以发现,题目所求的从家到艺术中心,可以分成两类情况:要么直接到;要么从体育场中转换乘间接到。
计数原理与排列组合计数原理和排列组合是概率论中重要的基础知识,它们用于计算事件的可能性和排列组合的情况。
计数原理是一种计算方法,用于确定事件的总数。
它有两个主要的原理:乘法原理和加法原理。
乘法原理是指如果事件A可以分解为n个步骤,每个步骤都有m个可能的选择,那么事件A发生的总次数是n乘以m。
例如,如果要选择一套衣服,有3个上衣的选择和2条裤子的选择,那么可以通过乘法原理计算出有6种不同的组合。
加法原理是指如果事件A可以通过两个或多个不相交的事件B1,B2,...,Bn发生,那么事件A发生的总次数是B1、B2、...、Bn事件发生的次数之和。
例如,某人每天可以选择穿红色、蓝色或绿色的衣服,那么一周内可能的衣服组合数可以通过加法原理计算。
排列组合是一种计算方法,用于确定从给定元素集合中选择若干个元素的不同方式。
排列是指从集合中选择出所有可能的有序排列,组合是指从集合中选择出所有可能的无序组合。
排列的计算公式为P(n,m) = n! / (n-m)!,其中n是元素总数,m是选择的元素个数,"!"表示阶乘。
例如,从4个不同的数字中选择2个数字进行排列,可以通过P(4,2) = 4! / (4-2)! = 12计算出有12种不同的排列方式。
组合的计算公式为C(n,m) = n! / (m! * (n-m)!),其中n是元素总数,m是选择的元素个数。
例如,从4个不同的数字中选择2个数字进行组合,可以通过C(4,2) = 4! / (2! * (4-2)!) = 6计算出有6种不同的组合方式。
通过计数原理和排列组合,我们可以计算出事件的可能性和组合的情况,这对于概率论和统计学的研究非常重要。
计数原理、知识要点1、分类计数原理:完成一件事,有n类办法,在第一类办法中有m!种不同的方法,第二类方法中有m2种不同的方法,……,在第n类办法中有m n种不同的方法,那么完成这件事共有:N= _____________ 种不同的方法。
注意:1 )分类要全、清; 2 )任何一种方法均能完成此事;3)各类方法相互独立。
2、分步计数原理:完成一件事,需要分成n个步骤,做第一步有m!种不同的方法,做第二步有m2 种不同的方法,……,做第n步有m n种不同的方法,那么完成这件事共有的N=________________________________________________________________________________ 种不同的方法。
注意:1 )各步方法数相互独立;2)每步均完成后才能完成这件事。
3、用两个原理解决实际问题时可按下列步骤进行思考:(1)做什么事?定目标;(2 )怎么做?一一定方法(分类、分步、先分类后分步、先分步后分类等) ;(3)确定每类或每步的方法数;(4)利用原理计算出方法总数并作答。
二、例题分析:例1 :从甲地到乙地,可以乘火车,也可以乘汽车,还可以乘轮船。
一天中,火车有4班,汽车有2班,轮船有3班。
那么一天中乘坐这些交通工具从甲地到乙地共有多少种不同的走法?例2 :如图,由A村去B村的道路有3条,由B村去C村的道路有2条。
从A村经B村去C村,共有多少种不同的走法?三、巩固练习:1.某班级有男三好学生5人,女三好学生4人。
(1)从中任选一人去领奖,有多少种不同的选法?(2)从中任选男、女三好学生各一人去参加座谈会,有多少种不同的选法?2、在所有的两位数中,个位数字大于十位数字的两位数共有多少个?3、一个三位密码锁,各位上数字由0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 十个数字组成,可以设置多少种三位数的密码4、如图,从甲地到乙地有2条路可通,从乙地到丙地有3条路可通;从甲地到丁地有4条路可通,从丁(各位上的数字允许重复)?首位数字不为0的密码数是多少?首位数字是0的密码数又是多少?甲地地到丙地有2条路可通。
排列组合常用方法题型总结【知识内容】1.基本计数原理⑴加法原理分类计数原理:做一件事,完成它有n 类方法,在第一类方法中有1m 种不同的方法,在第二类方法中有2m 种方法,……,在第n 类方法中有n m 种不同的方法.那么完成这件事共有12n N m m m =+++种不同的方法.又称加法原理.⑵乘法原理分步计数原理:做一件事,完成它需要分成n 个子步骤,做第一个步骤有1m 种不同的方法,做第二个步骤有2m 种不同方法,……,做第n 个步骤有n m 种不同的方法.那么完成这件事共有12n N m m m =⨯⨯⨯种不同的方法.又称乘法原理.⑶加法原理与乘法原理的综合运用如果完成一件事的各种方法是相互独立的,那么计算完成这件事的方法数时,使用分类计数原理.如果完成一件事的各个步骤是相互联系的,即各个步骤都必须完成,这件事才告完成,那么计算完成这件事的方法数时,使用分步计数原理.分类计数原理、分步计数原理是推导排列数、组合数公式的理论基础,也是求解排列、组合问题的基本思想方法,这两个原理十分重要必须认真学好,并正确地灵活加以应用.2. 排列与组合⑴排列:一般地,从n 个不同的元素中任取()m m n ≤个元素,按照一定的顺序排成一列,叫做从n 个不同元素中取出m 个元素的一个排列.〔其中被取的对象叫做元素〕排列数:从n 个不同的元素中取出()m m n ≤个元素的所有排列的个数,叫做从n 个不同元素中取出m 个元素的排列数,用符号A m n 表示.排列数公式:A (1)(2)(1)m n n n n n m =---+,m n +∈N ,,并且m n ≤. 全排列:一般地,n 个不同元素全部取出的一个排列,叫做n 个不同元素的一个全排列. n 的阶乘:正整数由1到n 的连乘积,叫作n 的阶乘,用!n 表示.规定:0!1=.⑵组合:一般地,从n 个不同元素中,任意取出m ()m n ≤个元素并成一组,叫做从n 个元素中任取m 个元素的一个组合.组合数:从n 个不同元素中,任意取出m ()m n ≤个元素的所有组合的个数,叫做从n 个不同元素中,任意取出m 个元素的组合数,用符号C m n 表示.组合数公式:(1)(2)(1)!C !!()!m n n n n n m n m m n m ---+==-,,m n +∈N ,并且m n ≤. 组合数的两个性质:性质1:C C m n m n n -=;性质2:11C C C m m m n n n -+=+.〔规定0C 1n =〕⑶排列组合综合问题解排列组合问题,首先要用好两个计数原理和排列组合的定义,即首先弄清是分类还是分步,是排列还是组合,同时要掌握一些常见类型的排列组合问题的解法:1.特殊元素、特殊位置优先法元素优先法:先考虑有限制条件的元素的要求,再考虑其他元素; 位置优先法:先考虑有限制条件的位置的要求,再考虑其他位置;2.分类分步法:对于较复杂的排列组合问题,常需要分类讨论或分步计算,一定要做到分类明确,层次清楚,不重不漏.3.排除法,从总体中排除不符合条件的方法数,这是一种间接解题的方法.4.捆绑法:某些元素必相邻的排列,可以先将相邻的元素“捆成一个”元素,与其它元素进行排列,然后再给那“一捆元素”内部排列.5.插空法:某些元素不相邻的排列,可以先排其它元素,再让不相邻的元素插空.6.插板法:n 个相同元素,分成()m m n ≤组,每组至少一个的分组问题——把n 个元素排成一排,从1n -个空中选1m -个空,各插一个隔板,有11m n C --.7.分组、分配法:分组问题〔分成几堆,无序〕.有等分、不等分、部分等分之别.一般地平均分成n 堆〔组〕,必须除以n !,如果有m 堆〔组〕元素个数相等,必须除以m !8.错位法:编号为1至n 的n 个小球放入编号为1到n 的n 个盒子里,每个盒子放一个小球,要求小球与盒子的编号都不同,这种排列称为错位排列,特别当2n =,3,4,5时的错位数各为1,2,9,44.关于5、6、7个元素的错位排列的计算,可以用剔除法转化为2个、3个、4个元素的错位排列的问题.1.排列与组合应用题,主要考查有附加条件的应用问题,解决此类问题通常有三种途径:①元素分析法:以元素为主,应先满足特殊元素的要求,再考虑其他元素; ②位置分析法:以位置为主考虑,即先满足特殊位置的要求,再考虑其他位置;③间接法:先不考虑附加条件,计算出排列或组合数,再减去不符合要求的排列数或组合数.求解时应注意先把具体问题转化或归结为排列或组合问题;再通过分析确定运用分类计数原理还是分步计数原理;然后分析题目条件,防止“选取”时重复和遗漏;最后列出式子计算作答.2.具体的解题策略有:①对特殊元素进行优先安排;②理解题意后进行合理和准确分类,分类后要验证是否不重不漏; ③对于抽出部分元素进行排列的问题一般是先选后排,以防出现重复; ④对于元素相邻的条件,采取捆绑法;对于元素间隔排列的问题,采取插空法或隔板法; ⑤顺序固定的问题用除法处理;分几排的问题可以转化为直排问题处理; ⑥对于正面考虑太复杂的问题,可以考虑反面.⑦对于一些排列数与组合数的问题,需要构造模型.【排列组合题型总结】直接法1 .特殊元素法例1用1,2,3,4,5,6这6个数字组成无重复的四位数,试求满足以下条件的四位数各有多少个〔1〕数字1不排在个位和千位〔2〕数字1不在个位,数字6不在千位。
基本的计数原理计数是我们日常生活中不可或缺的一种能力,它涉及到我们对事物的量化和统计。
基本的计数原理是指在离散数学中,用于计算组合和排列的原理。
本文将介绍基本的计数原理及其应用。
一、基本的计数原理是指组合和排列的计数原则:1. 组合计数原理:组合是指从n个不同的元素中选取r个元素形成一个子集,其中元素的顺序不重要。
组合计数原理可以表示为C(n, r) = n! / (r! * (n-r)!),其中n表示元素的总数,r表示选取的元素数量。
2. 排列计数原理:排列是指从n个不同的元素中选取r个元素形成一个有序的集合,其中元素的顺序重要。
排列计数原理可以表示为P(n, r) = n! / (n-r)!,其中n表示元素的总数,r表示选取的元素数量。
这两个计数原理是解决组合问题和排列问题的基础,通过运用组合和排列计数原理,我们可以更方便地解决实际问题。
二、基本的计数原理的应用基本的计数原理在不同领域都有广泛的应用,下面将介绍几个常见的应用场景:1. 考试成绩排名:假设一场考试有n个学生参加,我们希望计算出某个学生的排名。
根据排列计数原理,我们可以计算出有多少种可能的排名情况,从而确定该学生的排名。
2. 同学小组分配:假设班级有n个学生,老师要将他们分为r个小组,每个小组人数可以不同。
根据组合计数原理,我们可以计算出不同分组情况的数量,从而帮助老师进行合理的分组安排。
3. 彩票中奖概率计算:彩票中奖的概率可以通过排列计数原理来计算。
假设彩票有n个号码,每次开奖选取r个号码,根据排列计数原理,我们可以计算出中奖的可能性。
4. 字符串的排列组合:在计算机领域,字符串的排列组合常常用于密码破解或者生成字典等场景。
通过排列组合计数原理,我们可以计算出字符串可能的组合情况。
以上仅是基本的计数原理应用的一些例子,实际应用场景非常广泛,涵盖了各个学科和行业。
总结:基本的计数原理是离散数学中重要的概念,用于计算组合和排列的原理。
附
录
一.两个基本计数原理分类加法计数原理:做一件事情,完成它有n 类办法,在第一类办法中有m 1种不同的方法,在第二类办法中有m 2种不同的办法……在第n 类办法中有m n 种不同的方法,那么完成这
件事情共有N=m 1+m 2+…+m n 种不同的方法。
分步乘法计数原理:做一件事情,完成它需要分成n 个步骤,做第一个步骤有m 1种不同的方法,做第二个步骤有m 2种不同的办法……做第n 个步骤有m n 种不同的方法,那么完成这件
事情共有N=m 1×m 2×…×m n 种不同的方法。
两个基本计数原理是解决计数问题最基本的理论根据,它们分别给出了用两种不同方式(分类和分步)完成一件事情的方法总数的计算方法。
考虑用哪个计数原理,关键是看完成一件事情是否能独立完成,决定是分类还是分步。
如果完成一件事情有n 类办法,每类办法都能独立完成,则用分类加法计数原理;如果完成一件事情,需要分成n 个步骤,各个步骤都是不可缺少的,需要依次完成所有步骤,才能完成这件事情,则用分步乘法计数原理。
二.排列
以下陈述中如无特别说明,n、m 都表示正整数。
一般的,从n 个不同的元素中任取m (m ≤n)个元素,按照一定的顺序排成一列,叫做从n 个不同元素中取出m 个元素的一个排列。
如果要求排列中诸元素互不相同,则称为选排列;反之,若排列中的元素可以有相同时,则称为可重复排列。
可重复排列在生活中比较常见,如电话号码、证件号码、汽车牌照,等等。
从n 个不同的元素中任取m(m ≤n)个元素的所有排列的个数,叫做从n 个不同元素中任取m 个元素的排列数。
用符号m n A 。
为导出m n A 的计算公式,注意到对任一选排列,其第一位(从左到右计)可以放置编号1到n 的n 个元素的任意一个,共有n 种可能的结果;对于第一位的每一种放置结果,第二位可以放置剩下的n-1个元素中的任意一个,共有n-1种可能的结果;...,对于第m-1位的每一种放置结果,第m 位可以放置最后剩下的n-m+1个元素中的任何一个,共有n-m+1种可能结果。
因此,根据乘法计数原理,有排列数公式:
)
1()2)(1(+---=m n n n n A m n (1.3)从n 个不同的元素全部取出的一个排列,叫做n 个不同元素的一个全排列,记作n n A ,也记之
为!n 。
根据排列数的公式有
.12)1(!⋅⋅⋅⋅-⋅=n n n (1.4)
同时我们约定当n=0时,0!=1。
m n A 也可用全排列数表示,容易从(1.3)式直接得到
!)!(!
m m n n A m n -=(1.5)
下面计算所有不同的可重复排列数,仿照(1.3)式的推理,排列的第一位的放置有n 种可能结果。
由于可重复性,当11-≤≤m i ,对于第i 位的每一种放置结果,第i+1位仍然可放置全部n 个元素中的任何一个,因而仍然有n 种可能结果。
依乘法计数原理可得可重复排列种数为
m
n n n = (1.6)
三、组合一般地,从n 个不同的元素中任取m(m ≤n)个元素,不考虑次序将它们并成一组,叫做从n 个不同元素中取出m 个元素的一个组合。
从n 个不同的元素中任取m(m ≤n)个元素的所有组合的个数,叫做从n 个不同元素中任取m 个元素的组合数。
用符号m n C
或)(m n 。
为导出组合数m n C 的计算公式,可以考虑选排列数m n A 的另一种算法。
为实现一个排列,
可以分两步走:先从n 个元素中任取m 个不同元素归并成一个组合;然后,将该组合中的m 个元素进行全排列。
第一步有m
n C 个可能结果,对第一步产生的每一个组合,第二步有!m 个可能结果。
于是,依乘法计数原理有
m n A =!m C m n ⋅由此即可得到组合数的计算公式:
),,(!)1()2)(1(n m N n m n m n n n n C m n ≤∈-=+---=+且 (1.7)依前面的约定0!=1,因而当r=0时,10=n C 。
又从组合的定义可知:每一个从n 个元
素取r 个的组合,其余下的n-r 个元素也构成一个组合;反之亦然。
因而从n 个元素取r 个的组合与从n 个元素取n-r 个组合构成一一对应。
所以有
m n n m n C C -=(1.8)。