高中数学选修2-3 北师大版 组合 学案1
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§3 组 合
1.组合
一般地,从n 个不同元素中,任取m (m ≤n )个元素为一组,叫作从n 个不同元素中取出m 个元素的一个组合,我们把有关求组合的个数的问题叫作组合问题.
预习交流1
如何区分一个问题是排列问题还是组合问题?
提示:一个问题究竟是组合问题还是排列问题,不能想当然地判断,必须要结合具体的问题,依照题目的要求,寻找处理的过程中是否与顺序有关,如果与顺序有关,就是排列问题,否则就是组合问题.
2.组合数
我们把从n 个不同元素中取出m (m ≤n )个元素的所有组合的个数,叫作从n 个不同元素中取出m 个元素的组合数,用符号C m n 表示.
C m
n =A m n A m m =n (n -1)(n -2)…(n -m +1)m !=n !m !(n -m )!.规定C 0n =1. 预习交流2
如何理解和记忆组合数公式?
提示:在记住排列数公式的基础上,分母再除以m !就得组合数公式. 3.组合数的性质
性质1:C m n =C n -m
n .
性质2:C m n +1=C m
n +C m -1n . 预习交流3
如何理解和记忆组合数的性质?
提示:从n 个元素中取m 个元素,剩余(n -m )个元素,故C m n =C n -m
n
.从n +
1个元素中取m 个元素记作C m
n +1,可认为分作两类:第一类为含有某元素a 的取法为C m -1n
,第二类不含有此元素a ,则为C m n ,根据分类加法计数原理得C m n +1=C m n +C m -1
n
.
1.组合问题
判断下列问题是组合问题,还是排列问题.
(1)设集合A ={a ,b ,c ,d },则集合A 的含有3个元素的子集有多少个? (2)一个班中有52人,任意两个人握一次手,共握多少次手?
(3)4个人去干5种不同的工作,每人干一种,有多少种分工方法?
思路分析:交换任何两个元素的顺序,看结果有无影响,如无影响则是组合问题. 解:(1)因为集合中取出元素具有“无序性”,故这是组合问题; (2)因为两人握手是相互的,没有顺序之分,故这是组合问题;
(3)因为5种工作是不同的,一种分工方法就是从5种不同的工作中选出4种,按一定的顺序分配给4个人,它与顺序有关,故这是排列问题.
下列问题中,是组合问题的有__________.
(1)从a ,b ,c ,d 四名学生中选2名学生完成一件工作,有多少种不同的选法;
(2)从a ,b ,c ,d 四名学生中选2名学生完成两件不同的工作,有多少种不同的选法; (3)a ,b ,c ,d 四支足球队进行单循环比赛,共需多少场比赛; (4)a ,b ,c ,d 四支足球队争夺冠亚军,有多少种不同的结果. 答案:(1)(3)
解析:(1)2名学生完成的是同一件工作,没有顺序,是组合问题; (2)2名学生完成两件不同的工作,有顺序,是排列问题;
(3)单循环比赛要求每两支球队之间只打一场比赛,没有顺序,是组合问题; (4)冠亚军是有顺序的,是排列问题.
与顺序无关的是组合问题,与顺序有关的是排列问题. 2.组合数公式及组合数的性质
(1)计算C 98100+C 199
200;
(2)已知C 3n +618=C 4n -2
18,求n ;
(3)化简C 45+C 46+C 47+C 48+C 8
8.
思路分析:先把组合数利用性质进行化简,或利用组合数性质求解.
解:(1)C 98100+C 199200=C 2100+C 1
200=100×992
+200=5 150. (2)由C 3n +618=C 4n -2
18,知3n +6=4n -2或3n +6+(4n -2)=18. 解得n =8或n =2.
而3n +6≤18且4n -2≤18, 即n ≤4且n ∈N +,∴n =2.
(3)C 45+C 46+C 47+C 48+C 88=C 88+C 45+C 46+C 47+C 48=C 55+C 45+C 46+C 47+C 48=C 56+C 46+C 47+
C 48=C 57+C 47+C 48=C 58+C 48=C 59=C 4
9=9×8×7×64×3×2×1
=126.
(1)C 34+C 35+C 36+…+C 3
10=__________;
(2)(C 98100+C 97100)÷A 3
101=__________.
答案:(1)329 (2)16
解析:(1)原式=C 44+C 34+C 35+…+C 310-C 4
4
=C 45+C 35+…+C 3
10-1
=…=C 410+C 3
10-1 =C 411-1=329.
(2)原式=C 98101÷A 3101=C 3101÷A 3
101=A 31013!
÷A 3101=16.
熟记公式、正确地选用公式、准确地计算是解决此类题的关键. 3.组合知识的实际应用
现有10名教师,其中男教师6名,女教师4名.
(1)现要从中选2名去参加会议,有多少种不同的选法?
(2)现要从中选出男、女教师各2名去参加会议,有多少种不同的选法?
思路分析:由于选出的教师不需要考虑顺序,因此是组合问题.第(1)小题选2名教师不考虑男女,实质上是从10个不同的元素中取出2个的组合问题,可用直接法求解.第(2)小题必须选男、女教师各2名,才算完成所做的事,因此需要分两步进行,先从6名男教师中选2名,再从4名女教师中选2名.
解:(1)从10名教师中选2名参加会议的选法数,就是从10个不同元素中取出2个元
素的组合数,即C 210
=10×9
2×1
=45(种).
(2)从6名男教师中选2名的选法有C 26,从4名女教师中选2名的选法有C 2
4种,根据分
步乘法计数原理,因此共有不同的选法C 26·C 24=6×52×1·4×32×1
=90(种).
课外活动小组共13人,其中男生8人,女生5人,并且男、女各指定一名队长,现从中选5人主持某种活动,依下列条件各有多少种选法?
(1)只有一名女生; (2)两队长当选;
(3)至少有一名队长当选; (4)至多有两名女生当选;
(5)既要有队长,又要有女生当选.
解:(1)一名女生,四名男生,故共有C 15·C 48=350(种)选法. (2)将两队长作为一类,其他11人作为一类,故共有C 22·C 311=165(种)选法.
(3)至少有一名队长当选含有两类:有一名队长当选和两名队长都当选.故共有C 12·C 4
11+C 22·C 311=825(种)选法.或采用间接法:C 513-C 511=825(种).
(4)至多有两名女生含有三类:有两名女生,只有一名女生,没有女生.故共有C 25·C 3
8+C 15·C 48+C 58=966(种)选法.
(5)分两类:第一类,女队长当选,有C 412种选法;第二类,女队长不当选,有C 1
4·C 37+C 24·C 27+C 34·C 17+C 44(种)选法,故选法共有C 412+C 14·C 37+C 24·C 27+C 34·C 17+C 44=790(种).
利用组合知识解决实际问题要注意:
①将已知条件中的元素的特征搞清,是用直接法还是间接法; ②要使用分类方法,要做到不重不漏;
③当问题的反面比较简单时,常用间接法解决.
1.给出下面几个问题,其中是组合问题的有( ). ①某班选10名同学参加拔河比赛;
②由1,2,3,4选出两个数,构成平面向量a 的坐标;
③由1,2,3,4选出两个数分别作为实轴长和虚轴长,构成焦点在x 轴上的双曲线方程; ④从正方体8个顶点中任取两个点构成线段. A .①② B .①④ C .③④ D .②③ 答案:B
解析:由组合的概念知①④是组合问题.
2.C 9798+2C 9698+C 95
98=( ).
A .C 9799
B .
C 97100 C .C 98
99 D .C 98100 答案:B
解析:原式=C 9798+C 9698+C 9698+C 9598=C 9799+C 9699=C 97
100.
3.平面上有12个点,其中没有3个点在一条直线上,也没有4个点共圆,过这12个点中的每三个点作圆,共可作圆( )个.
A .220
B .210
C .200
D .1 320 答案:A
解析:由题意知C 312
=12×11×10
3×2×1
=220. 4.方程C x 17-C x 16=C 2x +2
16的解集是__________. 答案:{5}
解析:∵C x 17=C x 16+C x -116,∴C x -116=C 2x +2
16.
由组合数的性质得x -1=2x +2或x -1+2x +2=16,解得x 1=-3(舍),x 2=5.
5.平面内有10个点,其中任何3个点不共线,以其中任意2个点为端点的(1)线段有多少条?(2)有向线段有多少条?
解:(1)所求线段的条数,即为从10个元素中任取2个元素的组合,共有C 210=10×9
2×1
=。