高中数学第一章计数原理1.2.2组合第二课时组合习题课学案含解析新人教A版选修20

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第二课时组合(习题课)1.排列与组合的不同点是什么?略2.在利用组合数的性质应注意什么?略组合问题的简单应用某大学要从16名大学生(男10人,女6人)中选出8名学生组成“假期下乡送科学小组”.(1)如果小组中至少有3名女生,可有多少种不同的选法?(2)如果小组中至少有5名男生,可有多少种不同的选法?(3)如果小组中至多有3名女生,可有多少种不同的选法?(1)至少有3名女生的选法可分为如下四类:有3名女生:C36·C510种选法;有4名女生:C46·C410种选法;有5名女生:C56·C310种选法;有6名女生:C66·C210种选法.所以至少有3名女生共有C36·C510+C46·C410+C56·C310+C66·C210=8 955种选法.(2)至少有5名男生的选法可分为如下四类:有5名男生:C510·C36种选法;有6名男生:C610·C26种选法;有7名男生:C710·C16种选法;有8名男生:C810·C06种选法.所以至少有5名男生共有C510·C36+C610·C26+C710·C16+C810·C06=8 955种选法.(3)至多有3名女生的选法可分为如下四类:不含女生:C810种选法;有1名女生:C16·C710种选法;有2名女生:C26·C610种选法;有3名女生:C36·C510种选法.所以至多有3名女生共有C810+C16·C710+C26·C610+C36·C510=8 955种选法.解答有限制条件的组合问题的基本方法是“直接法”和“间接法(排除法)”.其中用直接法求解时,则应坚持“特殊元素优先选取”的原则,优先安排特殊元素的选取,再安排其他元素的选取.而选择间接法的原则是“正难则反”,也就是若正面问题分类较多、较复杂或计算量较大,不妨从反面问题入手,试一试看是否简捷些,特别是涉及“至多”“至少”等组合问题时更是如此.现有10件产品,其中有2件次品,任意抽出3件检查.(1)恰有一件是次品的抽法有多少种?(2)至少有一件是次品的抽法有多少种?解:(1)从2件次品中任取1件,有C12种抽法;从8件正品中取2件,有C28种抽法.由分步乘法计数原理可知,共有C12×C28=56种不同的抽法.(2)法一:含1件次品有C12×C28种抽法,含2件次品有C22×C18种抽法.由分类加法计数原理知,共有C12×C28+C22×C18=56+8=64种不同的抽法.法二:从10件产品中任取3件有C310种抽法,不含次品有C38种抽法,所以至少有1件次品有C310-C38=64种抽法.与几何有关的组合问题平面内有可构成多少个不同的三角形?法一:以从共线的4个点中取点的多少作为分类的标准.第1类:共线的4个点中有2个点为三角形的顶点,共有C24C18=48个不同的三角形;第2类:共线的4个点中有1个点为三角形的顶点,共有C14C28=112个不同的三角形;第3类:共线的4个点中没有点为三角形的顶点,共有C38=56个不同的三角形.由分类加法计数原理知,共有48+112+56=216个不同的三角形.法二(间接法):从12个点中任意取3个点,有C312=220种取法,而在共线的4个点中任意取3个均不能构成三角形,即不能构成三角形的情况有C34=4种.故这12个点构成三角形的个数为C312-C34=216.1.解决几何图形中的组合问题,首先应注意运用处理组合问题的常规方法分析解决问题,其次要注意从不同类型的几何问题中抽象出组合问题,寻找一个组合的模型加以处理.2.图形多少的问题通常是组合问题,要注意共点、共线、共面、异面等情形,防止多算.常用直接法,也可采用排除法.四面体的一个顶点为A,从其他顶点和各棱中点中取3个点,使它们与点A在同一平面上,有多少种不同的取法?解:如图所示,含顶点A的四面体的3个面上,除点A外每个面都有5个点,从中取出3点必与点A共面,共有3C35种取法,含顶点A的三条棱上各有三个点,它们与所对的棱的中点共面,共有3种取法.根据分类加法计数原理,有3C35+3=33种与顶点A共面三点的取法.排列与组合的综合运用(1)从1,2,3,4,5,6,7这七个数字中任取两个奇数和两个偶数,组成没有重复数字的四位数,其中奇数的个数为( )A.432 B.288C.216 D.108(2)有5本不同的教科书,其中语文书2本,数学书2本,物理书1本.若将其并排摆放在书架的同一层上,则同一科目书都不相邻的放法种数是( )A.24 B.48C.72 D.96(1)因为奇数有4个,偶数有3个,所以要想从取出的四个数字中组成四位数且是奇数,个位数字必须是奇数,因而这样的奇数有C24C23C12A33=216.(2)据题意可先摆放2本语文书,当1本物理书在2本语文书之间时,只需将2本数学书插在前3本书形成的4个空中即可,此时共有A22A24种摆放方法;当1本物理书放在2本语文书一侧时,共有A22A12C12C13种不同的摆放方法,由分类加法计数原理可得共有A22A24+A22A12C12C13=48种摆放方法.(1)C (2)B1.解排列、组合综合问题的一般思路是“先选后排”,也就是先把符合题意的元素都选出来,再对元素或位置进行排列.2.解排列、组合综合问题时要注意以下几点:(1)元素是否有序是区分排列与组合的基本方法,无序的问题是组合问题,有序的问题是排列问题.(2)对于有多个限制条件的复杂问题,应认真分析每个限制条件,然后再考虑是分类还是分步,这是处理排列、组合综合问题的一般方法.有6名男医生、4名女医生,从中选3名男医生、2名女医生到5个不同的地区巡回医疗,但规定男医生甲不能到地区A,则共有多少种不同的分派方案?解:分两类:第1类,甲被选中,共有C25C24C14A44种分派方案;第2类,甲不被选中,共有C35C24A55种分派方案.根据分类加法计数原理,共有C25C24C14A44+C35C24A55=5 760+7 200=12 960种分派方案.1.求解数字中的排列与组合(6分)用0到9这10个数字组成没有重复数字的五位数,其中含3个奇数数字与2个偶数数字的五位数有多少个?法一(直接法):把从5个偶数中任取2个分为两类:(1)不含0的:由3个奇数数字和2个偶数数字组成的五位数,可分两步进行:第1步,选出3奇2偶的数字,方法有C35C24种;第2步,对选出的5个数字全排列有A55种方法.(2)含有0的:这时0只能排在除首位(万位)以外的四个位置中的一个,有A14种排法;再从2,4,6,8中任取一个,有C14种取法;从5个奇数数字中任取3个,有C35种取法,再把取出的4个数全排列有A44种方法,故有A14C14C35A44种排法.(4分)根据分类加法计数原理,共有C35C24A55+A14C14C35A44=11 040个符合要求的数.(6分)法二(间接法):如果对0不限制,共有C35C25A55种,(2分)其中0居首位的有C35C14A44种.(4分)故共有C35C25A55-C35C14A44=11 040个符合条件的数.(6 分)由于数字0是一个特殊元素,5个数字含0与不含0的排列解法不一样,自然将问题分为两大类.利用间接法,考不考虑限制条件决定解题的繁简程度,此题若从总体A510中除去不符合条件的数,定会增加解题的难度.从1,3,5,7,9中任取3个数字,从0,2,4,6,8中任取2个数字,一共可以组成多少个没有重复数字的五位偶数?解:①五位数中不含数字0.第1步,选出5个数字,共有C35C24种选法.第2步,排成偶数——先排末位数,有A12种排法,再排其他四位数字,有A44种排法.∴N1=C35C24A12A44.②五位数中含有数字0.第1步,选出5个数字,共有C35C14种选法.第2步,排顺序又可分为两小类:a.末位排0,有A11A44种排列方法.b.末位不排0.这时末位数有1种选法,而因为0不能排在首位,所以首位有A13种排法,其余3个数字则有A33种排法.∴N2=C35C14(A11A44+A13A33).∴符合条件的偶数个数为N=N1+N2=C35C24A12A44+C35C14(A11A44+A13A33)=4 560.1.从4名男生和3名女生中选出4人参加某个座谈会,若这4人中必须既有男生又有女生,则不同的选法共有( )A.140种B.120种C.35种 D.34种解析:选D 分三种情况:①1男3女共有C14C33种选法.②2男2女共有C24C23种选法.③3男1女共有C34C13种选法.则共有C14C33+C24C23+C34C13=34种选法.2.(四川高考)用数字0,1,2,3,4,5组成没有重复数字的五位数,其中比40 000大的偶数共有( )A.144个B.120个C.96个D.72个解析:选B 当万位数字为4时,个位数字从0,2中任选一个,共有2A34个偶数;当万位数字为5时,个位数字从0,2,4中任选一个,共有C13A34个偶数.故符合条件的偶数共有2A34+C13A34=120(个).3.7名志愿者中安排6人在周六、周日两天参加社区公益活动,若每天安排3人,则不同的安排方案有________种.(用数字作答)解析:先从7人中选6人参加公益活动有C67种选法,再从6人中选3人在周六参加有C36种选法,剩余3人在周日参加,因此有C67C36=140种不同的安排方案.答案:1404.安排3名支教教师去6所学校任教,每校至多2人,则不同的分配方案共有__________种.(用数字作答)解析:每人去一所学校有A36种;有两人去一所学校有C23×A26种,共有不同分配方案的种数为A36+C23×A26=210.答案:2105.课外活动小组共13人,其中男生8人,女生5人,并且男、女生各指定一名队长,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1名女生当选;(2)两名队长当选;(3)至少有1名队长当选.解:(1)1名女生,4名男生,故共有C15·C48=350种选法.(2)将两名队长作为一类,其他11人作为一类,故共有C22·C311=165种选法.(3)法一:至少有1名队长含有两类:只有1名队长,2名队长.故共有C12·C411+C22·C311=825种选法.法二:采用间接法共有C513-C511=825种选法.一、选择题1.某电视台连续播放5个广告,其中有3个不同的商业广告和2个不同的公益广告.要求最后必须播放公益广告,且2个公益广告不能连续播放,则不同的播放方式有( ) A.120种B.48种C.36种 D.18种解析:选C 最后必须播放公益广告有C12种,2个公益广告不能连续播放,倒数第2个广告有C13种,故共有C12C13A33=36种不同的播放方式.2.编号为1,2,3,4,5,6,7的七盏路灯,晚上用时只亮三盏灯,且任意两盏亮灯不相邻,则不同的亮灯方案有( )A.60种 B.20种C.10种 D.8种解析:选C 四盏熄灭的灯产生的5个空当中放入3盏亮灯,有C35=10种方案.3.(四川高考)用数字1,2,3,4,5组成没有重复数字的五位数,其中奇数的个数为( ) A.24 B.48C.60 D.72解析:选D 第一步,先排个位,有C13种选择;第二步,排前4位,有A44种选择.由分步乘法计数原理,知有C13·A44=72(个).4.将5本不同的书分给4人,每人至少1本,不同的分法有( )A.120种 B.5种C.240种 D.180种解析:选C 先从5本中选出2本,有C25种选法,再与其他三本一起分给4人,有A44种分法,故共有C25·A44=240种不同的分法.5.从0,1,2,3,4,5这六个数中每次取三个不同的数字,把其中最大的数放在百位上排成三位数,这样的三位数有( )A.40个 B.120个C.360个 D.720个解析:选A 先选取3个不同的数,有C36种方法;然后把其中最大的数放在百位上,另两个不同的数放在十位和个位上,有A22种排法,故共有C36A22=40个三位数.二、填空题6.某校开设9门课程供学生选修,其中A,B,C三门由于上课时间相同,至多选一门.学校规定,每位同学选修4门,共有________种不同选修方案.(用数字作答) 解析:这里A,B,C三门课程“至多选一门”,即A,B,C三门课程都不选,或A,B,C这三门课程恰好选一门,所以分两类完成:第1类,A,B,C三门课程都不选,有C46种不同选修方案;第2类,A,B,C三门课程恰好选修一门,有C13·C36种不同选修方案.故共有C46+C13·C36=75种不同的选修方案.答案:757.5名羽毛球队员中,有2名老队员和3名新队员,现从中选出3名队员排成1,2,3号参加团体比赛,则入选的3名队员中至少有1名老队员,且1,2号中至少有1名新队员的排法有________种.解析:两老一新时,有C13×C12A22=12种排法;两新一老时,有C12×C23A33=36种排法,故共有48种排法.答案:488.如图,A,B,C,D为海上的四个小岛,要建三座桥,将这四个小岛连接起来,则不同的建桥方案共有________种.解析:四个小岛中每两岛建一座桥共建六座桥,其中建三座桥连接四个小岛符合要求的建桥方案是只要三座桥不围成封闭的三角形区域符合要求,如桥AC,BC,BD符合要求,而围成封闭三角形不符合要求,如桥AC,CD,DA,不符合要求,故共有C36-4=16种不同的建桥方案.答案:16三、解答题9.从5名女同学和4名男同学中选出4人参加四场不同的演讲,分别按下列要求,各有多少种不同选法?(用数字作答)(1)男、女同学各2名;(2)男、女同学分别至少有1名.解:(1)(C25C24)A44=1 440(种),所以男、女同学各2名共有1 440种选法.(2)(C15C34+C25C24+C35C14)A44=2 880(种),所以男、女同学分别至少有1名共有2 880种选法.10.从1到9的9个数中取3个偶数和4个奇数,则:(1)能组成多少个没有重复数字的七位数?(2)上述七位数中3个偶数排在一起的有几个?(3)在(1)中的七位数中,偶数排在一起,奇数也排在一起的有几个?(4)在(1)中任意2个偶数都不相邻的七位数有几个?解:(1)分步完成:第1步,在4个偶数中取3个,可有C34种情况;第2步,在5个奇数中取4个,可有C45种情况;第3步,3个偶数、4个奇数进行排列,可有A77种情况,所以有C34·C45·A77=100 800个符合题意的七位数.(2)上述七位数中,3个偶数排在一起的个数共有C34·C45·A55·A33=14 400.(3)上述七位数中,3个偶数排在一起,4个奇数也排在一起的个数共有C34·C45·A33·A44·A22=5 760.(4)上述七位数中,偶数都不相邻,可先把4个奇数排好,再将3个偶数分别插入5个空的当中,共有C34·C45·A44·A35=28 800个符合题意的七位数.11.“渐升数”是指除最高位数字外,其余每一个数字比其左边的数字大的正整数(如13 456和35 678都是五位的“渐升数”).(1)共有多少个五位“渐升数”?(用数字作答)(2)如果把所有的五位“渐升数”按照从小到大的顺序排列,则第110个五位“渐升数”是多少?解:(1)根据题意,“渐升数”中不能有0,则在其他9个数字中任取5个,每种取法对应一个“渐升数”,则共有“渐升数”C59=126个,(2)对于这些“渐升数”,1在首位的有C48=70个,2在首位的有C47=35个,前四位数字是3 456的五位“渐升数”有C13=3个,前四位数字是3 457的“渐升数”有2个,为34 578,34 579.所以第110个五位“渐升数”是34 579.。