排列组合问题的解题策略

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排列组合问题的求解策略一.知识梳理1.分类加法计数原理完成一件事有n类不同的方案,在第一类方案中有m1种不同的方法,在第二类方案中有m2种不同的方法,……,在第n类方案中有m n种不同的方法,则完成这件事共有N=m1+m2+…+m n种不同的方法.2.分步乘法计数原理完成一件事需要分成n个不同的步骤,完成第一步有m1种不同的方法,完成第二步有m2种不同的方法,……,完成第n步有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.分类加法计数原理与分步乘法计数原理,都涉及完成一件事的不同方法的种数.它们的区别在于:分类加法计数原理与分类有关,各种方法相互独立,用其中的任一种方法都可以完成这件事;分步乘法计数原理与分步有关,各个步骤相互依存,只有各个步骤都完成了,这件事才算完成.3.排列与组合的概念名称定义排列从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素按照一定的顺序排成一列组合合成一组4.排列数与组合数(1)排列数的定义:从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素的所有不同排列的个数叫做从n个不同元素中取出m个元素的排列数,用A m n表示.(2)组合数的定义:从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素的所有不同组合的个数,叫做从n个不同元素中取出m个元素的组合数,用C m n表示.5.排列数、组合数的公式及性质公式(1)A m n=n(n-1)(n-2)…(n-m+1)=n!n-m(2)C m n=A m nA m m=n n-1n-2n-m+1m!=n!m n-m性质(1)0!=1;A n n=n!.(2)C m n=C n-m n;C m n+1=C m n+C m-1n.排列组合问题是高考的必考题,它联系实际生动有趣,但题型多样,思路灵活,不易掌握.解排列组合问题的基础是两个基本原理,分类用加法原理,分步用乘法原理,问题在于怎样合理地进行分类、分步,特别是在分类时如何做到既不重复,又不遗漏,正确分每一步,这是比较困难的。

要求我们周密思考,细心分析,理解并掌握解题的常用方法和技巧,掌握并能运用分类思想、转化思想、整体思想、正难则反等数学思想解决排列组合问题。

实践证明,掌握题型和解题方法,识别模式,熟练运用,是解决排列组合应用题的有效途径。

二.解题策略1、相邻排列——捆绑法:n 个不同元素排列成一排,其中某k 个元素排在相邻位置上,有多少种不同排法?先将这k 个元素“捆绑在一起”,看成一个整体,当作一个元素同其它元素一起排列,共有11n k n k A -+-+种排法.然后再将“捆绑”在一起的元素进行内部排列,共有k k A 种方法.由乘法原理得符合条件的排列,共11n k k n k k A A -+-+·种. 例1.e d c b a ,,,,五人并排站成一排,如果b a ,必须相邻且b 在a 的右边,那么不同的排法种数有( )A 、60种B 、48种C 、36种D 、24种解析:把b a ,视为一人,且b 固定在a 的右边,则本题相当于4人的全排列,4424A =种,答案:D .例2 有3名女生4名男生站成一排,女生必须相邻,男生必须相邻,共有多少种不同的站法?解:先把3名女生作为一个整体,看成一个元素,4名男生作为一个整体,看成一个元素,两个元素排列成一排共有22A 种排法;女生内部的排法有33A 种,男生内部的排法有44A 种.故合题意的排法有234234288A A A =··种.2.相离排列——插空法:元素相离(即不相邻)问题,可先把无位置要求的几个元素全排列,再把规定的相离的几个元素插入上述几个元素的空位和两端.将n 个不同元素排成一排,其中k 个元素互不相邻()k n k -≤,有多少种排法?先把()n k -个元素排成一排,然后把k 个元素插入(1)n k -+个空隙中,共有排法1k n k A -+种.例3 五位科学家和五名中学生站成一排照像,中学生不相邻的站法有多少种?解:先把科学家作排列,共有55A 种排法;然后把5名中学生插入6个空中,共有56A 种排法,故符合条件的站法共有555686400A A =·种站法.例 4.七位同学并排站成一行,如果甲乙两个必须不相邻,那么不同的排法种数是( )A 、1440种B 、3600种C 、4820种D 、4800种 解析:除甲乙外,其余5个排列数为55A 种,再用甲乙去插6个空位有26A 种,不同的排法种数是52563600A A =种,选B .3、定序问题---倍缩法:在排列问题中限制某几个元素必须保持一定的顺序,可用缩小倍数的方法.此法也被叫消序法.将n 个不同元素排列成一排,其中某k 个元素的顺序保持一定,有多少种不同排法?n 个不同元素排列成一排,共有n n A 种排法;k 个不同元素排列成一排共有k k A 种不同排法.于是,k 个不同元素顺序一定的排法只占排列总数的k k A 分之一.故符合条件的排列共n n kk A A 种.例5.e d c b a ,,,,五人并排站成一排,如果b 必须站在a 的右边(b a ,可以不相邻)那么不同的排法种数是( )A 、24种B 、60种C 、90种D 、120种 解析:b 在a 的右边与b 在a 的左边排法数相同,所以题设的排法只是5个元素全排列数的一半,即551602A =种,选B .例6. A ,B ,C ,D ,E 五个元素排成一列,要求A 在B 的前面且D 在E 的前面,有多少种不同的排法?解:5个不同元素排列一列,共有55A 种排法. A ,B 两个元素的排列数为22A ;D ,E 两个元素的排列数为22A .因此,符合条件的排列法为55222230A A A =·种. 4、标号排位问题---分步法:把元素排到指定位置上,可先把某个元素按规定排入,第二步再排另一个元素,如此继续下去,依次即可完成.例7.将数字1,2,3,4填入标号为1,2,3,4的四个方格里,每格填一个数,则每个方格的标号与所填数字均不相同的填法有( )A 、6种B 、9种C 、11种D 、23种解析:先把1填入方格中,符合条件的有3种方法,第二步把被填入方格的对应数字填入其它三个方格,又有三种方法;第三步填余下的两个数字,只有一种填法,共有3×3×1=9种填法,选B .5、留空排列——借元法例8、一排10个坐位,3人去坐,每两人之间都要留空位,共有 种坐法。

解:由题意,先借7人一排坐好,再安排3在8个空中找3个空插入,最后撤出借来的7人。

得不同的坐法共有773877/A A A 种。

6、有序分配问题----逐分法:有序分配问题指把元素分成若干组,可用逐步下量分组法. 例9.(1)有甲乙丙三项任务,甲需2人承担,乙丙各需一人承担,从10人中选出4人承担这三项任务,不同的选法种数是( ) A 、1260种 B 、2025种 C 、2520种 D 、5040种 解析:先从10人中选出2人承担甲项任务,再从剩下的8人中选1人承担乙项任务,第三步从另外的7人中选1人承担丙项任务,不同的选法共有21110872520C C C 种,选C .(2)学生会的12名同学分配到三个不同的年级对同学们进行仪容仪表检查,若每个年级4人,则不同的分配方案有( )A 、4441284C C C 种B 、44412843C C C 种 C 、4431283C C A 种 D 、444128433C C C A 种答案:先从12人中选出4人到第一个年级,再从剩下的8人中选4人到第二个年级,第三步从剩下的4人中选4人到第三个年级,不同的选法共有4441284C C C 种,选A . 7、平均分堆问题---除序法:例10. 12本不同的书,平均分为3堆,不同的分法种数为多少种。

解:先从12本书中选出4本到第一堆,再从剩下的8本中选出4本到第二堆,第三步从剩下的4本中选4本到第三堆,但题中是不要堆序,所以不同的分法共有444128433C C C A 种。

8、全员分配问题---分组法:例11.(1)4名优秀学生全部保送到3所大学去,每所大学至少去一名,则不同的保送方案有多少种?解析:把四名学生分成3组有24C 种方法,再把三组学生分配到三所大学有33A 种,故共有234336C A 种方法.说明:分配的元素多于对象且每一对象都有元素分配时常用先分组再分配.(2)5本不同的书,全部分给4个学生,每个学生至少一本,不同的分法种数为( )A 、480种B 、240种C 、120种D 、96种 答案:B .9、名额分配问题---隔板法:例12:10个三好学生名额分到7个班级,每个班级至少一个名额,有多少种不同分配方案?解析:10个名额分到7个班级,就是把10个名额看成10个相同的小球分成7堆,每堆至少一个,可以在10个小球的9个空位中插入6块木板,每一种插法对应着一种分配方案,故共有不同的分配方案为6984C =种.10、限制条件的分配问题---分类法:例13.某高校从某系的10名优秀毕业生中选4人分别到西部四城市参加中国西部经济开发建设,其中甲同学不到银川,乙不到西宁,共有多少种不同派遣方案?解析:因为甲乙有限制条件,所以按照是否含有甲乙来分类,有以下四种情况:①若甲乙都不参加,则有派遣方案48A 种;②若甲参加而乙不参加,先安排甲有3种方法,然后安排其余学生有38A 方法,所以共有383A ;③若乙参加而甲不参加同理也有383A 种;④若甲乙都参加,则先安排甲乙,有7种方法,然后再安排其余8人到另外两个城市有28A 种,共有287A 方法.所以共有不同的派遣方法总数为433288883374088A A A A +++=种.11、多元问题----分类法:元素多,取出的情况也多种,可按结果要求分成不相容的几类情况分别计数,最后总计.例14(1)由数字0,1,2,3,4,5组成没有重复数字的六位数,其中个位数字小于十位数字的共有( )A 、210种B 、300种C 、464种D 、600种解析:按题意,个位数字只可能是0,1,2,3,4共5种情况,分别有55A 个,1131131131343333323333,,,A A A A A A A A A A A 个,合并总计300个,选B .(2)从1,2,3…,100这100个数中,任取两个数,使它们的乘积能被7整除,这两个数的取法(不计顺序)共有多少种? 解析:被取的两个数中至少有一个能被7整除时,他们的乘积就能被7整除,将这100个数组成的集合视为全集I,能被7整除的数的集合记做{}7,14,21,98A =共有14个元素,不能被7整除的数组成的集合记做{}1,2,3,4,,100A =共有86个元素;由此可知,从A 中任取2个元素的取法有214C ,从A 中任取一个,又从A 中任取一个共有111486C C ,两种情形共符合要求的取法有2111414861295C C C +=种.(3)从1,2,3,…,100这100个数中任取两个数,使其和能被4整除的取法(不计顺序)有多少种?解析:将{}1,2,3,100I =分成四个不相交的子集,能被4整除的数集{}4,8,12,100A =;能被4除余1的数集{}1,5,9,97B =,能被4除余2的数集{}2,6,,98C =,能被4除余3的数集{}3,7,11,99D =,易见这四个集合中每一个有25个元素;从A 中任取两个数符合要;从,B D 中各取一个数也符合要求;从C 中任取两个数也符合要求;此外其它取法都不符合要求;所以符合要求的取法共有211225252525C C C C ++种. 12、交叉问题----集合法:某些排列组合问题几部分之间有交集,可用集合中求元素个数公式()()()()n A B n A n B n A B ⋃=+-⋂.例15.从6名运动员中选出4人参加4×100米接力赛,如果甲不跑第一棒,乙不跑第四棒,共有多少种不同的参赛方案?解析:设全集={6人中任取4人参赛的排列},A={甲跑第一棒的排列},B={乙跑第四棒的排列},根据求集合元素个数的公式得参赛方法共有:()()()()n I n A n B n A B --+⋂43326554252A A A A =--+=种.13、定位问题----优先法:有限制条件,某个或几个元素要排在指定位置,通常要优先考虑这个或几个元素受限位置或受限元素,再排其它的元素。