高三第一轮复习——分类计数原理和分步计数原理
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课时作业(五十七) 第57讲分类加法计数原理与分步乘法计数原理时间:45分钟分值:100分基础热身1.从集合{0,1,2,3,4,5,6}中任取两个互不相等的数a,b组成复数a+b i,其中虚数有( )A.30个 B.42个C.36个 D.35个2.在“庆国庆、展才艺”国庆庆祝活动中,甲、乙、丙三位同学欲报名“朗诵比赛”、“歌唱比赛”,但学校规定每位同学限报其中的一个,且乙知道自已唱歌不如甲,若甲报唱歌,则乙就报朗诵,则他们三人不同的报名方法有( )A.3种 B.6种C.7种 D.8种3.记4名同学报名参加学校三个不同体育队,每人限报一队的不同报法种数为A;记3个班分别从5个风景点中选择一处游览的不同选法种数为B,则A,B分别是( )A.43,53 B.34,35C.34,53 D.43,354.设A,B是两个非空集合,定义A*B={(a,b)|a∈A,b∈B},若P={0,1,2},Q={1,2,3,4},则P*Q中元素的个数是( )A.4 B.7C.12 D.16能力提升5.如图K57-1,用4种不同的颜色涂入图中的矩形A,B,C,D中,要求相邻的矩形涂色不同,则不同的涂法有( )A.72种 B.48种C.24种 D.12种6.甲、乙两人从4门课程中各选修2门,则甲、乙所选的课程中恰有1门相同的选法有( )A.6种 B.12种C.24种 D.30种7.从0,2,4中取一个数字,从1,3,5中取两个数字,组成无重复数字的三位数,则所有不同的三位数的个数是( )A.36 B.48 C.52 D.548.2012·豫南九校摸底将5名同学分到甲、乙、丙3个小组,若甲组至少两人,乙、丙组至少各一人,则不同的分配方案的种数为( )A.80 B.120C.140 D.509.2012·江西六校联考若自然数n使得作竖式加法n+(n+1)+(n+2)均不产生进位现象,则称n为“良数”.例如:32是“良数”,因为32+33+34不产生进位现象;23不是“良数”,因为23+24+25产生进位现象.那么小于1000的“良数”的个数为( )A.27 B.36C.39 D.4810.十字路口来往的车辆,如果不允许回头,共有________种行车路线.11.2011·开封模拟将1,2,3,…,9这9个数字填在如图K57-2所示的9个空格中,要求每一行从左到右,每一列从上到下分别依次增大,当3,4________种.图K57-212.学校安排4名教师在六天里值班,每天只安排一名教师,每人至少安排一天,至多安排两天,且这两天要相连,那么不同的安排方法有________种(用数字作答).13.2012·安徽师大附中模拟 用红、黄、蓝三种颜色之一去涂图K57-3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1、5、9的小正方形涂相同的颜色,则符合条件的所有涂法共有________种.14.(10分)有六名同学报名参加三个智力竞赛项目,在下列情况下各有多少种不同的报名方法?(1)每人恰好参加一项,每项人数不限;(2)每项限报一人,且每人至多参加一项;(3)每项限报一人,但每人参加的项目不限.15.(13分)某出版社的7名工人中,有3人只会排版,2人只会印刷,还有2人既会排版又会印刷,现从7人中安排2人排版,2人印刷,有几种不同的安排方法?难点突破16.(1)(6分)现有6名同学去听同时进行的5个课外知识讲座,每名同学可自由选择其中的一个讲座,不同选法的种数是( )A .56B .65C.5×6×5×4×3×22D .6×5×4×3×2 (2)(6分)如图K57-4所示,用四种不同颜色给图中的A 、B 、C 、D 、E 、F 六个点涂色,要求每个点涂一种颜色,且图中每条线段的两个端点涂不同颜色,则不同的涂色方法共有( )A .288种B .264种C .240种D .168种课时作业(五十七)【基础热身】1.C 解析b有6种取法,a也有6种取法,由分步乘法计数原理共可以组成6×6=36个虚数.2.B 解析从甲着手分析,分两类:若甲报唱歌,乙则报朗诵,丙可任选,有2种报名方法;若甲报朗诵,则乙、丙均可任选,有2×2=4(种)报名方法.所以共有2+4=6(种)不同的报名方法.3.C 解析 4名学生参加3个运动队,每人限报一个,可以报同一运动队,应该是人选运动队,所以不同的报法种数是34,故A=34;3个班分别从5个风景点中选择一处游览,应该是班选风景点,故不同的选法种数是53,故B=53.4.C 解析由分步乘法计数原理知有3×4=12个.【能力提升】5.A 解析先分两类:一是四种颜色都用,这时A有4种涂法,B有3种涂法,C有2种涂法,D有1种涂法,共有4×3×2×1=24种涂法;二是用三种颜色,这时A,B,C的涂法有4×3×2=24种,D只要不与C 同色即可,故D有2种涂法.故不同的涂法共有24+24×2=72种.6.C 解析方法1:两人各选修2门的种数为C24C24=36,再求出两人所选两门都相同和都不同的种数均为C24=6,故恰好有1门相同的选法有24种.方法2:恰有1门相同,先从4门选1门,选法C14,然后甲从剩下的3门选1门,乙再从甲选后剩下的2门中选1门,根据乘法原理共有选法4×3×2=24种.7.B 解析若取出的数字含有0,则是2×A23=12个,若取出的数字不含0,则是C12C23A33=36个.根据加法原理得总数为48个.8.A 解析分两类:若甲组2人,则乙、丙两组的方法数是C13A22,此时的方法数是C25C13A22=60;若甲组3人,则方法数是C35A22=20.根据分类加法计数原理得总的方法数是60+20=80.9.D 解析一位良数有0,1,2,共3个;两位数的良数十位数可以是1,2,3,两位数的良数有10,11,12,20,21,22,30,31,32,共9个;三位数的良数有百位为1,2,3,十位数为0的,个位可以是0,1,2,共3×3=9个,百位为1,2,3,十位不是零时,十位个位可以是两位良数,共有3×9=27个.根据分类加法计数原理,共有48个小于1000的良数.10.12 解析由分步乘法计数原理有4×3=12.11.6 解析左上方只能填1,右下方只能填9,此时4的上方只能填2.右上方填5时,其下方填6,7,8;右上方填6时,其下方填7,8;右上方填7时,其下方只能填8,此时左下方的两个格填法随之确定.故只能有3+2+1=6种填法.12.144 解析有两名教师要值班两天,把六天分为四份,两个两天连排的是(1,2),(3,4);(1,2),(4,5);(1,2),(5,6);(2,3),(4,5);(2,3),(5,6);(3,4),(5,6),共六种情况,把四名教师进行全排列,有A44=24种情况,根据分步乘法计数原理,共有不同的排法6×24=144种.13.108 解析分步求解.只要在涂好1,5,9后,涂2,3,6即可,若3与1,5,9同色,则2,6的涂法为2×2,若3与1,5,9不同色,则3有两种涂法,2,6只有一种涂法,同理涂4,7,8,即涂法总数是C13(2×2+C12×1)×(2×2+C12×1)=3×6×6=108.14.解答 (1)每人都可以从这三个比赛项目中选报一项,各有3种不同选法,由分步计数原理知共有方法36=729种.(2)每项限报一人,且每人至多限报一项,因此可由项目选人,第一个项目有6种选法,第二个项目有5种选法,第三个项目只有4种选法,由分步计数原理得共有报名方法6×5×4=120种.(3)由于每人参加的项目不限,因此每一个项目都可以从这六人中选出一人参赛,由分步乘法计数原理得共有不同的报名方法63=216种.15.解答首先分类的标准要正确,可以选择“只会排版”、“只会印刷”、“既会排版又会印刷”中的一个作为分类的标准.下面选择“既会排版又会印刷”作为分类的标准,按照被选出的人数,可将问题分为三类:第一类:2人全不被选出,即从只会排版的3人中选2人,有3种选法;只会印刷的2人全被选出,有1种选法,由分步计数原理知共有3×1=3种选法.第二类:2人中被选出一人,有2种选法.若此人去排版,则再从会排版的3人中选1人,有3种选法,只会印刷的2人全被选出,有1种选法,由分步计数原理知共有2×3×1=6种选法;若此人去印刷,则再从会印刷的2人中选1人,有2种选法,从会排版的3人中选2人,有3种选法,由分步计数原理知共有2×3×2=12种选法.再由分类计数原理知共有6+12=18种选法.第三类:2人全被选出,同理共有16种选法.所以共有3+18+16=37种选法.【难点突破】16.(1)A (2)B 解析 (1)因为每位同学均有5种讲座可选择,所以6位同学共有5×5×5×5×5×5=56种选择,故本题选A.(2)分三类:①B、D、E、F用四种颜色,则有A44×1×1=24种方法;②B、D、E、F用三种颜色,则有A34×2×2+A34×2×1×2=192种方法;③B、D、E、F用两种颜色,则有A24×2×2=48,所以共有不同的涂色方法24+192+48=264种.。
分类计数原理与分步计数原理一、知识精讲分类计数原理与分步计数原理分类计数原理:做一件事,完成它可以有n 类办法,在第一类办法中有1m 种不同的方法 ,在第二类办法中有2m 种不同的方法,……,在第n 类办法中有n m 种不同的方法,那么完成这件事共有n m m m N +++= 21种不同的办法。
分步计数原理:做一件事,完成它需要分成n 个步骤,做第一步有1m 种不同的方法,做第二步有2m 种不同的方法,……,做第n 步有n m 种不同方法,那么完成这件事共有n m m m N ⋅⋅⋅= 21种不同的方法。
特别注意:两个原理的共同点是把一个原始事件分解成若干个分事件来完成。
不同点在于,一个与分类有关,一个与分步有关,如果完成一件事情共有n 类办法,这n 类办法彼此之间相互独立的,无论哪一类办法中的哪一种方法都能单独完成这件事情,求完成这件事情的方法种数,就用分类计数原理;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,需要依次完成所有的步骤,才能完成这件事,而完成 每一个步骤各有若干种不同的方法,求完成这件事情的方法种数就用分步计数原理。
二、题型剖析例1、把一个圆分成3块扇形,现在用5种不同的颜色给3块扇形涂色,要求相邻扇形的颜色互不相同,问有多少钟不同的涂法?若分割成4块扇形呢?解:(1)不同涂色方法数是:60345=⨯⨯(种)(2)如右图所示,分别用a,b,c,d 记这四块,a 与c 可同色,也可不同色,先考虑给a,c 两块涂色,分两类(1) 给a,c 涂同种颜色共15C 种涂法,再给b 涂色有4种涂法,最后给d 涂色也有4种涂法,由乘法原理知,此时共有4415⨯⨯C 种涂法(2) 给a,c 涂不同颜色共有25A 种涂法,再给b 涂色有3种方法,最后给d 涂色也有3种,此时共有3325⨯⨯A 种涂法 故由分类计数原理知,共有4415⨯⨯C +3325⨯⨯A =260种涂法。
例2、(1)如图为一电路图,从A 到B 共有-___________条不同的线路可通电。
分类计数原理与分步计数原理(一)主要知识:1. 分类计数原理:做一件事情,完成它可以有n 类办法,在第一类办法中有1m 种不同的方法,在第二类办法中有2m 种不同的方法,……,在第n 类办法中有n m 种不同的方法12n N m m m =+++ 种不同的方法2. 分步计数原理:做一件事情,完成它需要分成n 个步骤,做第一步有1m 种不同的方法,做第二步有2m 种不同的方法,……,做第n 步有n m 种不同的方法,那么完成这件事有12n N m m m =⨯⨯⨯ 不同的方法3. 两个基本原理的作用:计算做一件事完成它的所有不同的方法种数4. 两个基本原理的区别:一个与分类有关,一个与分步有关;加法原理是“分类完成”,乘法原理是“分步完成”(二)主要方法:1. 分类计数原理和分步计数原理是解决排列、组合问题的理论基础.这两个原理的本质区别在于分类与分步,分类用分类计数原理,分步用分步计数原理.2. 元素能重复的问题往往用计数原理.(三)典例分析:例1. 电视台在“欢乐今宵”节目中拿出两个信箱,其中存放着先后两次竞猜中成绩优秀的观众来信,甲信箱中有30封,乙信箱中有20封.现由主持人抽奖确定幸运观众,若先确定一名幸运之星,再从两信箱中各确定一名幸运伙伴,有多少种不同的结果?解:分两类:(1)在甲箱中抽,再在两箱中各定一名幸运伙伴,有30×29×20=17400种结果;(2)在乙箱中抽,同理有20×19×30=11400种结果.因此共有17400+11400=28800种不同结果.【思维点拨】 在综合运用两个原理时,既要合理分类,又要合理分步,一般情况是先分类再分步.例2. 从集合{1,2,3,…,10}中,选出由5个数组成的子集,使得这5个数中的任何两个数的和不等于11,这样的子集共有多少个?解:和为11的数共有5组:1与10,2与9,3与8,4与7,5与6,子集中的元素不能取自同一组中的两数,即子集中的元素取自5个组中的一个数.而每个数的取法有2种,所以子集的个数为2×2×2×2×2=25=32.【思维点拨】 解本题的关键是找出和为11的5组数,然后再用分步计数原理求解.例3. (1) 从长度分别为1、2、3、4的四条线段中,任取三条的不同取法共有n 种.在这些取法中,以取出的三条线段为边可组成的三角形的个数为m ,则nm等于 A.0B.41 C.21D.43解析:n =C 34=4,在“1、2、3、4”四条线段中,由三角形的性质“两边之和大于第三边,两边之差小于第三边”知可组成三角形的有“2、3、4”,m =1.∴nm = 41.答案:B(2) 某班新年联欢会原定的6个节目已排成节目单,开演前又增加了3个新节目,如果将这3个节目插入节目单中,那么不同的插法种数为 A.504 B.210 C.336 D.120解析:三个新节目一个一个插入节目单中,分别有7、8、9种方法.∴插法种数为7×8×9=504或A 99÷A 66=504. 答案:A(3) 从图中的12个点中任取3个点作为一组,其中可构成三角形的组数是 ( ) A.208 B.204 C.200 D.196解析:在12个点中任取3个点的组合数为C 312,在同一直线上的3点的组数为20,则可构成三角形的组数为C 312-20=200. 答案:C(4)从1到10的正整数中,任意抽取两个相加,所得和为奇数的不同情形有______种.解析:当且仅当偶数加上奇数后和为奇数,从而不同情形有5×5=25种. 答案:25(5)4棵柳树和4棵杨树栽成一行,柳树、杨树逐一相间的栽法有_____________种.解析:2A44·A44=1152种. 答案:1152(6)某餐厅供应客饭,每位顾客可以在餐厅提供的菜肴中任选2菜2素共4种不同的品种.现在餐厅准备了5种不同的荤菜,若要保证每位顾客有200种以上的不同选择,则餐厅至少还需要不同的素菜品种_____________种.(结果用数值表示)解析:设素菜n种,则C25·C2n≥200 n(n-1)≥40,所以n的最小值为7.答案:7例4.某城市在中心广场建造一个花圃,花圃分为6个部分(如下图).现要栽种4种不同颜色的花,每部分栽种一种且相邻部分不能栽种同样颜色的花,不同的栽种方法有_____________种.(以数字作答)123456解法一:从题意来看6部分种4种颜色的花,又从图形看知必有2组同颜色的花,从同颜色的花入手分类求.(1)②与⑤同色,则③⑥也同色或④⑥也同色,所以共有N1=4×3×2×2×1=48种;(2)③与⑤同色,则②④或⑥④同色,所以共有N2=4×3×2×2×1=48种;(3)②与④且③与⑥同色,则共有N3=4×3×2×1=24种.所以,共有N=N1+N2+N3=48+48+24=120种.解法二:记颜色为A、B、C、D四色,先安排1、2、3有A34种不同的栽法,不妨设1、2、3已分别栽种A、B、C,则4、5、6栽种方法共5种,由以下树状图清晰可见.根据分步计数原理,不同栽种方法有N=A34×5=120.答案:120例5. 设有编号为1,2,3,4,5的五个球和编号为1,2,3,4,5的五个盒子.现将这五个球投放入这五个盒子内,要求每个盒子内投放一球,并且恰好有两个球的编号与盒子的编号相同,则这样的投放方法有多少种? 分析:五个球分别投放到五个盒子内,恰好有两个球的编号与盒子的编号相同,则其他三个球必不能投放到与球的编号相同的盒子内,此时,这三个球与对应的三个盒子,就成了受限的特殊元素与特殊位置.解:先在五个球中任选两个球投放到与球编号相同的盒子内,有C25种;剩下的三个球,不失一般性,不妨设编号为3,4,5,投放3号球的方法数为C12,则投放4,5号球的方法只有一种,根据分步计数原理共有C25·C12=20种.【思维点拨】本题投放球有两种方法,一种是投入到与编号相同的盒子内,另一种是投入到与编号不同的盒子内,故应分步完成. 例6.五名学生报名参加四项体育比赛,每人限报一项,报名方法的种数为多少?又他们争夺这四项比赛的冠军,获得冠军的可能性有多少种?解:(1)5名学生中任一名均可报其中的任一项,因此每个学生都有4种报名方法,5名学生都报了项目才能算完成这一事件.故报名方法种数为4×4×4×4×4=45种.(3)每个项目只有一个冠军,每一名学生都可能获得其中的一项获军,因此每个项目获冠军的可能性有5种.故有n=5×5×5×5=54种.例7.球台上有4个黄球,6个红球,击黄球入袋记2分,击红球入袋记1分,欲将此十球中的4球击入袋中,但总分不低于5分,击球方法有几种?解:设击入黄球x 个,红球y 个符合要求,则有 x +y =4,2x +y ≥5(x 、y ∈N ),得1≤x ≤4. ∴⎩⎨⎧==⎩⎨⎧==⎩⎨⎧==⎩⎨⎧==.0,4;1,3;2,2;3,1y x y x y x y x 相应每组解(x ,y ),击球方法数分别为C 14C 36,C 24C 26,C 34C 16,C 44C 06.共有不同击球方法数为C 14C 36+C 24C 26+C 34C 16+C 44C 06=195.(四)巩固练习:1. 十字路口来往的车辆,如果不允许回头,共有____ C ____种行车路线.A.24B.16C.12D.102. 从正方体的6个面中选取3个面,其中有2个面不相邻的选法共有 ( B )A.8种B.12种C.16种D.20种3. 某城市的电话号码,由六位升为七位(首位数字均不为零),则该城市可增加的电话部数是( D )A.9×8×7×6×5×4×3B.8×96C.9×106D.81×1054. 72的正约数(包括1和72)共有___12__个.5. 从-1,0,1,2这四个数中选三个不同的数作为函数f (x )=ax 2+bx +c 的系数,可组成不同的二次函数共有___18___个,其中不同的偶函数共有__6__个.(用数字作答)(五)知识小结: 弄清两个原理的区别与联系,是正确使用这两个原理的前提和条件.这两个原理都是指完成一件事而言的.其区别在于:(1)分类计数原理是“分类”,分步计数原理是“分步”;(2)分类计数原理中每类办法中的每一种方法都能独立完成一件事,分步计数原理中每步中每种方法都只能做这件事的一步,不能独立完成这件事.排列组合(一)主要知识:1. 排列、组合都是研究事物在某种给定的模式下所有可能的配置的数目问题,它们之间的主要区别在于是否要考虑选出元素的先后顺序,不需要考虑顺序的是组合问题,需要考虑顺序的是排列问题,排列是在组合的基础上对入选的元素进行排队,因此,分析解决排列组合问题的基本思维是“先组,后排”.2. 解排列组合的应用题,要注意四点:(1)仔细审题,判断是组合问题还是排列问题;要按元素的性质分类,按事件发生的过程进行分步.(2)深入分析、严密周详,注意分清是乘.还是加.,既不少也不多,辩证思维,多角度分析,全面考虑,这不仅有助于提高逻辑推理能力,也尽可能地避免出错.(3)对于附有条件的比较复杂的排列组合应用题,要周密分析,设计出合理的方案,把复杂问题分解成若干简单的基本问题后应用分类计数原理或分步计数原理来解决.(4)由于排列组合问题的答案一般数目较大,不易验证,因此在检查结果时,应着重检查所设计的解决问题的方案是否完备,有无重复或遗漏,也可采用多种不同的方法求解,,看看是否相同.在对排列组合问题分类时,分类标准应统一,否则易出现遗漏或重复.(二)主要方法:解决排列组合问题的策略和方法1. 对无限制条件的:直接法2. 有限制条件的:(1)每个元素都有附加条件的:列表法或树图法;(2)有特殊元素或特殊位置:优先排列法。
(5)分类加法计数原理与分步乘法计数原理1.某校高一年级有四个班,四位老师各教一个班的数学在该年级某次数学考试中,要求每位数学老师均不在本班监考,则不同的安排监考的方法种数为( )A.8B.9C.12D.242.从6人中选出4人参加某大学举办的数学、物理、化学、生物比赛,每人只能参加其中一项,且每项比赛都有人参加,其中甲、乙两人都不能参加化学比赛,则不同的参赛方案的种数为( )A.94B.180C.240D.2863.某同学有7本不同的书,其中语文书2本、英语书2本、数学书3本.现在该同学把这7本书放到书架上排成一排,要求2本语文书相邻、2本英语书相邻、3本数学书中任意2本不相邻,则不同的排法种数为( )A.12B.24C.48D.7204.旅游体验师小李受某网站邀请,决定在甲、乙、丙、丁这四个景区进行体验式旅游.已知他不能最先去甲景区旅游,不能最后去乙景区和丁景区旅游,则他可选的旅游路线数为( )A.24B.18C.16D.105.如图为我国数学家赵爽在为《周髀算经》作注时验证勾股定理的示意图,现提供5种颜色给其中5个小区域A,B,C,D,E涂色,规定每个区域只涂1种颜色,相邻区域颜色不相同,则不同的涂色方案共有( )A.120种B.260种C.340种D.420种6.已知从东、西、南、北四面通往山顶的路分别有2,3,3,4条,若要从其中面上山,从剩余三面中的任意一面下山,则不同的走法最多时应( )A.从东面上山B.从西面上山C.从南面上山D.从北面上山7.用1,2,3三个数字组成一个四位数,规定这三个数字必须都使用,且同一数字不能相邻出现,则这样的四位数有( )A.6个B.9个C.18个D.36个8.某体育彩票规定:从01至36共36个号中抽出7个号为一注,每注2元.某人想从01至10中选3个连续的号,从11至20中选2个连续的号,从21至30中选1个号,从31至36中选1个号组成一注,则这个人把这种特殊要求的号买全(每组号买一注),需要( )A.3360元B.6720元C.4320元D.8640元9.由中华人民共和国商务部和上海市人民政府主办的第三届中国国际进口博览会于2020年11月5日至10日在中国上海国家会展中心举办,本届进口博览会新设了公共卫生防疫、节能环保、智慧出行和体育用品及赛事等四大专区.将甲、乙、丙、丁等5名志愿者分派到新设的四个专区,要求每个新设的专区至少分到一人,则甲被分派到公共卫生防疫专区的分法种数为( )A.24B.36C.60D.7210.某旅行社共有5名专业导游,其中3人会英语,3人会日语,若在同一天要接待3个不同的外国旅游团,其中有2个旅游团要安排会英语的导游,1个旅游团要安排会日语的导游,则不同的安排方法种数有( )A.12B.13C.14D.1511.某新闻采访组由5名记者组成,其中甲、乙、丙、丁为成员,戊为组长.甲、乙、丙、丁分别来自A,B,C,D四个地区.现在该新闻采访组要到A,B,C,D四个地区去采访,在安排采访时要求:一地至少安排一名记者采访且组长不单独去采访;若某记者要到自己所在地区采访时必须至少有一名记者陪同.则所有采访的不同安排方法有___________种. 12.用数字0,1,2,3,4,5组成没有重复数字的四位数,其中百位上的数字是5的四位数共有___________个.(用数字作答)13.某栏目组在一节目中拿出两个信箱,信箱中放着观众的来信,甲箱中有30封,乙箱中有20封.现由主持人不放回地抽取来信,若先从两箱中抽取一封确定来信者为幸运之星,再从两箱中各抽取一封确定来信者为幸运观众,则有__________种不同的结果.14.有A,B,C三个城市,每天上午从A城去B城有5班汽车,2班火车,都能在12:00前到达B城,下午从B城去C城有3班汽车,2班轮船.某人上午从A城出发去B城,要求12:00前到达,下午从B城去C城,则不同的走法有__________种.15.从甲、乙、丙等10名学生中选派4人参加某项活动,若甲入选则乙一定入选,若甲不入选则丙一定入选,则共有_________种选派方案.答案以及解析1.答案:B解析:设四个班分别是A 、B 、C 、D ,对应的数学老师分别是a 、b 、c 、d.让a 老师先选,可从B 、C 、D 班中选一个,有3种选法,不妨假设a 老师选的是B ,则b 老师从剩下的三个班级中任选一个,有3种选法,剩下的两位老师都只有1种选法.由分步乘法计数原理,知共有33119⨯⨯⨯=种不同的安排方法.故选:B.2.答案:C解析:第一步,因为甲、乙两人都不能参加化学比赛,所以从剩下的4人中选1人参加化学比赛,共有4种选法;第二步,在剩下的5人中任选3人参加数学、物理、生物比赛,共有54360⨯⨯=种选法. 由分步乘法计数原理,得不同的参赛方案的种数为460240⨯=,故选:C.3.答案:C解析:先将2本语文书看成一个元素,2本英语书看成一个元素,然后排成一排,有22A 种不同的排法,再将3本数学书插到这2个元素形成的3个空隙中,有33A 种不同的排法,再排2本语文书,有22A 种不同的排法,最后排2本英语书,有22A 种不同的排法.根据分步乘法计数原理,得共有23222322A A A A 48=种不同的排法.故选C.4.答案:D解析:小李可选的旅游路线分两种情况:①最后去甲景区旅游,则可选的路线有33A 种;②不最后去甲景区旅游,则可选的路线有1222C A ⨯种.所以小李可选的旅游路线数为312322A C A 10+⨯=.5.答案:D解析:分四步:①区域A 涂色方案有5种;②区域B 涂色方案有4种;③区域C 涂色方案有3种;④对于区域D ,E ,若D 与B 颜色相同,则区域E 涂色方案有3种,若D 与B 颜色不同,则区域D ,E 涂色方案均有2种,所以区域D ,E 涂色方案共有3227+⨯=(种).故不同的涂色方案有5437420⨯⨯⨯=(种).故选D.6.答案:D解析:从东面上山,不同的走法共有2(334)20⨯++=(种);从西面上山,不同的走法共有3(234)27⨯++=(种);从南面上山,不同的走法共有3(234)27⨯++=(种);从北面上山,不同的走法共有4(233)32⨯++=(种).所以应从北面上山.故选D.7.答案:C解析:由题意,知1,2,3中必有某一个数字使用2次,第一步,确定谁被使用2次,有3种情况;第二步,把这2个相同的数字放在四位数不相邻的两个数位上,有3种情况;第三步,将余下的2个数字放在四位数余下的两个数位上,有2种情况.故符合题意的四位数有33218⨯⨯=(个).故选C.8.答案:D解析:从01至10中选3个连续的号,有8种选法;从1l 至20中选2个连续的号,有9种选法;从21至30中选1个号,有10种选法;从31至36中选1个号,有6种选法.故总的选法有891064320⨯⨯⨯=(种),可得需要243208640⨯=(元).故选D. 9.答案:C解析:若甲被单独分派到公共卫生防疫专区,则有2343C A 36=种分法,若甲没有被单独分派到公共卫生防疫专区,则有44A 24=种分法,根据分类加法计数原理可得,共有362460+=种分法.10.答案:C解析:由题意知有1名导游既会英语又会日语,记甲为既会英语又会日语的导游,按照甲是否被安排到需要会英语的旅游团可分为两类:第一类,甲被安排到需要会英语的旅游团,则可分两步进行:第一步,从会英语的另外2人中选出1人,有2种选法,将选出的人和甲安排到2个需要会英语的旅游团,有2种安排方法,所以有224⨯=种安排方法;第二步,从会日语的另外2人中选出1人安排到需要会日语的旅游团,共2种选法. 故此时共有428⨯=种安排方法;第二类,甲没有被安排到需要会英语的旅游团,则可分两步进行:第一步,将会英语的另外2人安排到需要会英语的旅游团,有2种安排方法;第二步,从会日语的3人(包括甲)中选出1人安排到需要会日语的旅游团,有3种选法.故此时共有236⨯=种选法.综上,不同的安排方法种数为8614+=.故选:C.11.答案:44解析:分两类:①甲,乙,丙,丁都不到自己的地区,组长可任选一地有()3311436⨯⨯⨯⨯=; ②甲,乙,丙,丁中只一人到自己的地区,并有组长陪同有()21148⨯⨯⨯=.所以总数36844+=.故答案为:44.12.答案:48解析:依题意,组成的没有重复数字的四位数的百位上的数字为5,分两步进行分析:①组成的四位数的千位上的数字不能为0,则千位上的数字有4种选法;②在剩下的4个数字中选出2个,分别安排在十位和个位上,不同的安排方法共有24A 12=(种).则符合条件的四位数共有12448⨯=(个).13.答案:28800解析:分两类:①当幸运之星在甲箱中抽取时,不同的结果有30292017400⨯⨯=(种);②当幸运之星在乙箱中抽取时,不同的结果有20193011400⨯⨯=(种).所以不同的结果共有174001140028800+=(种).14.答案:35解析:由题意,知从A 城到B 城的走法有527+=(种);从B 城到C 城的走法有325+=(种).故不同的走法有7535⨯=(种).15.答案:84解析:当甲入选时,乙一定入选,另外2人可从剩余的8人中选取,共有28C 种方案;当甲不入选时,丙一定入选,另外3人可从剩余的8人中选取,共有38C 种方案.根据分类加法计数原理,得选派方案共有233889C C C 84+==(种).。
计数原理知识梳理一、两个原理1.分类加法计数原理完成一件事有两类不同方案,在第1类方案中有m 种不同的方法,在第2类方案中有n 种不同的方法,那么完成这件事共有N = 种不同的方法.推广:如果完成一件事有n 类不同方案,在第1类方案中有m 1种不同的方法,在第2类方案中有m 2种不同的方法,…,在第n 类方案中有m n 种不同的方法,那么完成这件事的方法总数为:N =m 1+m 2+…+m n .2.分步乘法计数原理完成一件事需要两个步骤,做第1步有m 种不同的方法,做第2步有n 种不同的方法,那么完成这件事共有N = 种不同的方法.推广:如果完成一件事需要n 个步骤,做第1步有m 1种不同的方法,做第2步有m 2种不同的方法,…,做第n 步有m n 种不同的方法,那么完成这件事的方法总数为:N =m 1×m 2×…×m n .(1)将一个比较复杂的问题分解为若干个“类别”,先分类解决,然后将其整合,如何合理进行分类是解决问题的关键.(2)要准确把握分类加法计数原理的两个特点:①根据问题的特点确定一个合适的分类标准,分类标准要统一,不能遗漏; ②分类时,注意完成这件事情的任何一种方法必须属于某一类,不能重复; ③对于分类问题所含类型较多时也可考虑使用间接法. 5.利用分步乘法计数原理解决问题时要注意:(1)要按事件发生的过程合理分步,即考虑分步的先后顺序.(2)各步中的方法互相依存,缺一不可,只有各步骤都完成才算完成这个事件. (3)对完成各步的方法数要准确确定. 6. 应用两种原理解题要注意 (1)分清要完成的事情是什么?(2)分清完成该事情是分类完成还是分步完成,“类”间互相独立,“步”间互相联系; (3)有无特殊条件的限制; (4)检验是否有重漏.7.与两个计数原理有关问题的解题策略(1)在综合应用两个原理解决问题时,一般是先分类再分步,但在分步时可能又会用到分类加法计数原理. (2)对于较复杂的两个原理综合应用的问题,可恰当借助列表、画图的方法来帮助分析,使问题形象化、直观化.二、排列与组合 1.排列;如果与顺序无关,则是组合. 2.排列数、组合数的定义、公式、性质全排列:n 个不同元素全部取出的一个排列,全排列数公式:所有全排列的个数,即(1)(2)21!nn A n n n n =⨯-⨯-⋅⋅⋅⨯⨯=.3.排列、组合问题的求解常用方法与技巧解排列组合综合问题,先选后排法是解答排列、组合应用问题的根本方法,具体有下面几种常用方法: (1)特殊元素或特殊位置优先法:从元素入手时,先给特殊元素安排位置,再把其他元素安排在其他位置上;从位置入手时,先安排特殊位置,再安排其他位置.优先安排.(2)相邻问题捆绑法:把相邻元素看作一个整体与其他元素一起排列,同时注意捆绑元素的内部排列. (3)相间问题插空法:对不相邻问题,先将不相邻元素以外的“普通”元素全排列,然后在“普通”元素之间及两端插入不相邻元素.(4)定序问题倍除法:对于定序问题,可先不考虑顺序限制,排列后,再除以定序元素的全排列. (5)多排问题单排法:把元素排成几排的问题可归结为一排考虑,再分段处理. (6)分球问题隔板法:相同元素的分配问题常用“隔板法”,每组至少一个.(7) 分组分配问题的策略:对于不等分问题,首先要对分配数量的可能情形进行一一列举,然后再对每一种情形分类考虑.对于整体均分,分组后一定要除以A n n (n 为均分的组数),避免重复计数.对于部分均分,若有m 组元素个数相等,则分组时应除以m !.(8)间接法:正难则反、等价转化的方法,比如“至少”或“至多”含有几个元素的题型. 三、二项式定理 1.二项式定理(1)二项式定理:(a +b )n =(n ∈N *),等号右边的式子称为()na b +的二项展开式.(2)通项公式:T k +1= ,它表示第 项;注意:(a +b )n 与(b +a )n 虽然相同,但用二项式定理展开后,具体到它们展开式的某一项时是不相同的,一定要注意顺序问题. 2.二项展开式的特征:(1)二项展开式共有 项;(2)二项式系数依次为组合数012,,,,,,knn n n n n C C C C C ⋅⋅⋅⋅⋅⋅;(3)各项次数都等于二项式的幂指数n ;(4)字母a 的指数由n 开始按降幂排列到0,b 的指数由0开始按升幂排列到n . 注意:二项式系数与项的系数是完全不同的两个概念.二项式系数是特指相应的组合数C 0n ,C 1n ,…,C n n ,它只与各项的项数有关,而与a ,b 的值无关;而项的系数是指该项中除变量外的常数部分,它不仅与各项的项数有关,而且也与a ,b 的值有关. 3.4.(1)(a +b )n 展开式的各二项式系数和:C 0n +C 1n +C 2n +…+C n n = .(2)偶数项的二项式系数的和等于奇数项的二项式系数的和,即C 0n +C 2n +C 4n +…=C 1n +C 3n +C 5n +…= .5.求二项展开式中特定项(或系数)的步骤第一步,利用二项式定理写出二项展开式的通项T k +1=C k n a n -k b k,把字母和系数分离开(注意符号不要出错);第二步,根据题目中的相关条件(如常数项要求指数为零,有理项要求指数为整数)先列出相应方程(组)或不等式(组),解出k ;第三步,把k 代入通项中,即可求出T k +1,有时还需要先求n ,再求k ,才能求出T k +1或者其他量. 6.求三项展开式中某些特定项(或系数)的策略(1)通过变形先把三项式转化为二项式,再用二项式定理求解. (2)两次利用二项式定理的通项求解.(3)由二项式定理的推证方法知,可用排列、组合的基本原理去求,即把三项式看作几个因式之积,要得到特定项看有多少种方法从这几个因式中取因式中的量.7.二项式定理中的字母可取任意数或式,在解题时根据题意给字母赋值是求解二项展开式各项系数和的一种重要方法.(1)“赋值法”普遍适用于恒等式,是一种重要的方法.对形如(ax +b )n ,(ax 2+bx +c )m (a ,b ∈R )的式子求其展开式的各项系数之和,常用赋值法,只需令x =1即可;对形如(ax +by )n (a ,b ∈R )的式子求其展开式的各项系数之和,只需令x =y =1即可.(2)若f (x )=a 0+a 1x +a 2x 2+…+a n x n ,则f (x )展开式中各项系数之和为f (1),奇数项系数之和为a 0+a 2+a 4+…=f (1)+f (-1)2,偶数项系数之和为a 1+a 3+a 5+…=f (1)-f (-1)2.8.二项展开式中系数最大项的求法如求(a +bx )n (a ,b ∈R )的展开式系数最大的项,一般是采用待定系数法.设展开式各项系数分别为A 1,A 2,…,A n +1,且第k 项系数最大,应用⎩⎪⎨⎪⎧A k ≥A k -1,A k ≥A k +1,注意解出k 后要检验首末两项.。
第32讲计数原理学校____________ 姓名____________ 班级____________一、知识梳理基本计数原理1.分类加法计数原理完成一件事,如果有n类办法,且:第一类办法中有m1种不同的方法,第二类办法中有m2种不同的方法……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.分步乘法计数原理完成一件事,如果需要分成n个步骤,且:做第一步有m1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N=m1×m2×…×m n种不同的方法.3.分类加法和分步乘法计数原理,区别在于:分类加法计数原理针对“分类”问题,其中各种方法相互独立,用其中任何一种方法都可以做完这件事;分步乘法计数原理针对“分步”问题,各个步骤中的方法相互依存,只有各个步骤都完成了才算完成这件事.排列与组合1.排列与组合的概念(1)从n个不同对象中取出m(m≤n)个对象的所有排列的个数,称为从n个不同对象中取出m个对象的排列数,用符号A m n表示.(2)从n个不同对象中取出m(m≤n)个对象的所有组合的个数,称为从n个不同对象中取出m个对象的组合数,用符号C m n表示.3.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-1)(n-2)…(n-m+1)m!=n!m!(n-m)!(n,m∈N*,且m≤n).特别地C0n=1性质(1)0!=1;A n n=n!.(2)C m n=C n-mn;C m+1n+C m n=C m+1n+1二项式定理1.二项式定理(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*);(2)通项公式:T k+1=C k n a n-k b k,它表示第k+1项;(3)二项式系数:二项展开式中各项的系数C0n,C1n,…,C n n.2.二项式系数的性质性质性质描述对称性与首末等距离的两个二项式系数相等,即C m n=C n-mn增减性二项式系数C k n当k<n+12(n∈N*)时,是递增的当k>n+12(n∈N*)时,是递减的二项式系数最大值当n为偶数时,中间的一项取得最大值当n为奇数时,中间的两项与相等且取得最大值(1)(a+b)n展开式的各二项式系数和:C0n+C1n+C2n+…+C n n=2n.(2)奇数项的二项式系数的和等于偶数项的二项式系数的和,即C0n+C2n+C4n +…=C1n+C3n+C5n+…=2n-1.二、考点和典型例题1、基本计数原理【典例1-1】(2022·湖北·天门市教育科学研究院模拟预测)甲乙丙丁四个同学星期天选择到东湖公园,西湖茶经楼,历史博物馆和北湖公园其中一处去参观游玩,其中茶经楼必有人去,则不同的参观方式共有( )种. A .24 B .96 C .174 D .175【答案】D 【详解】若4人均去茶经楼,则有1种参观方式,若有3人去茶经楼,则从4人中选择3人,另1人从另外3处景点选择一处,有3143C A 12=种参观方式;若有2人去茶经楼,则从4人中选择2人,另外2人从另外3处景点任意选择一处,有211433C A A 54=种参观方式;若有1人去茶经楼,则从4人中选择1人,另外3人从另外的3处景点任意选择一处,有11114333C A A A 108=种参观方式,综上:共有11254108175+++=种参观方式. 故选:D【典例1-2】(2023·山西大同·高三阶段练习)高中数学新教材有必修一和必修二,选择性必修有一、二、三共5本书,把这5本书放在书架上排成一排,必修一、必修二不相邻的排列方法种数是( ) A .72 B .144 C .48 D .36【答案】A 【详解】先将选择性必修有一、二、三这三本书排成一排,有33A =6种方法, 再将必修一、必修二这两本书插入两个空隙中,有24A =12种方法,所以把这5本书放在书架上排成一排,必修一、必修二不相邻的排列方法种数是:612=72⨯.故选:A.【典例1-3】(2023·全国·高三专题练习(理))2010年世界杯足球赛预计共有24个球队参加比赛,第一轮分成6个组进行单循环赛(在同一组的每两个队都要比赛),决出每个组的一、二名,然后又在剩下的12个队中按积分取4个队(不比赛),共计16个队进行淘汰赛来确定冠亚军,则一共需比赛( )场次. A .53B .52C .51D .50【答案】C 【详解】第一轮分成6个组进行单循环赛共需要246C 36=场比赛,淘汰赛有如下情况:16进8需要8场比赛,8进4需要4场比赛,4进2需要2场比赛,确定冠亚军需要1场比赛,共需要36842151++++=场比赛故选:C .【典例1-4】(2022·河南·濮阳一高高三阶段练习(理))某医院从7名男医生(含一名主任医师),6名女医生(含一名主任医师)中选派4名男医生和3名女医生支援抗疫工作,若要求选派的医生中有主任医师,则不同的选派方案数为( ) A .350 B .500 C .550 D .700【答案】C 【详解】所选医生中只有一名男主任医师的选法有3365C C 200,所选医生中只有一名女主任医师的选法有4265C C 150, 所选医生中有一名女主任医师和一名男主任医师的选法有3265C C 200,故所选医师中有主任医师的选派方法共有200150200550种, 故选:C【典例1-5】(2023·全国·高三专题练习)《数术记遗》是《算经十书》中的一部,相传是汉末徐岳所著.该书记述了我国古代14种算法,分别是:积算(即筹算)、太乙算、两仪算、三才算、五行算、八卦算、九宫算、运筹算、了知算、成数算、把头算、龟算、珠算和计数.某中学研究性学习小组有甲、乙、丙、丁四人,该小组拟全部收集九宫算、运筹算、了知算、成数算和把头算等5种算法的相关资料,要求每人至少收集其中一种,且每种算法只由一个人收集,但甲不收集九宫算和了知算的资料,则不同的分工收集方案共有( )种. A .108 B .136 C .126 D .240【答案】C 【详解】分以下两种情况讨论:①若甲只收集一种算法,则甲有3种选择,将其余4种算法分为3组,再分配给乙、丙、丁三人,此时,不同的收集方案种数为23433C A 108=种;②若甲收集两种算法,则甲可在运筹算、成数算和把头算3种算法中选择2种,其余3种算法分配给乙、丙、丁三人,此时,不同的收集方案种数为2333C A 18=种.综上所述,不同的收集方案种数为10818126+=种.2、排列与组合【典例2-1】(2023·全国·高三专题练习)有甲、乙、丙、丁、戊5名同学站成一排参加文艺汇演,若甲不站在两端,丙和丁相邻,则不同排列方式共有( ) A .12种 B .24种 C .36种 D .48种【答案】B 【详解】因为丙丁要在一起,先把丙丁捆绑,看做一个元素,连同乙,戊看成三个元素排列,有3!种排列方式;为使甲不在两端,必须且只需甲在此三个元素的中间两个位置任选一个位置插入,有2种插空方式;注意到丙丁两人的顺序可交换,有2种排列方式,故安排这5名同学共有:3!2224⨯⨯=种不同的排列方式, 故选:B【典例2-2】(2023·全国·高三专题练习(理))教育部于2022年开展全国高校书记校长访企拓岗促就业专项行动,某市3所高校的校长计划拜访当地企业,共有4家企业可供选择.若每名校长拜访3家企业,每家企业至少接待1名校长,则不同的安排方法共有( ) A .60种 B .64种 C .72种 D .80种【答案】A 【详解】解:3名校长在4家企业任取3家企业的所有安排情况为:333444C C C 44464=⨯⨯=种又每家企业至少接待1名校长,故3名校长选的3家企业,不全相同,因为3名校长选的3家企业完全相同有34C 4=种,则不同的安排方法共有:64460-=种. 故选:A.【典例2-3】(2022·全国·高三专题练习)某校在高一开展了选课走班的活动,已知该校提供了3门选修课供学生选择,现有5名同学参加选课走班的活动,要求这5名同学每人选修一门课程且每门课程都有人选,则5名同学选课的种数为( ) A .150 B .180 C .240 D .540【答案】A 【详解】先把5名同学分为3组:(3人,1人,1人)或(2人,2人,1人), 再把这3组同学分配给3门选修课即可解决.则5名同学选课的种数为311221352153132222C C C C C C A 150A A ⎛⎫+= ⎪⎝⎭(种)【典例2-4】(2023·全国·高三专题练习)北京2022年冬奥会吉祥物“冰墩墩”和冬残奥会吉祥物“雪容融”一亮相,好评不断.为了宣传2022年北京冬奥会和冬残奥会,某学校决定派小明和小李等5名志愿者将两个吉祥物安装在学校的体育广场,每人参与且只参与一个吉祥物的安装,每个吉祥物都至少由两名志愿者安装.若小明和小李必须安装不同的吉祥物,则不同的安排方案有( ) A .6种 B .12种 C .18种 D .24种【答案】B 【详解】由题意可知:应将志愿者分为三人组和两人组.先将小李、小明之外的三人分为两组,有12323C C =种分法,再将小李、小明分进两组,有222A =种分法,最后将两组分配安装两个吉祥物,有222A =种分法,所以共计有32212⨯⨯=种.故选:B【典例2-5】(2022·贵州·贵阳一中高三阶段练习(理))贵阳一中体育节中,乒乓球球单打12强中有4个种子选手,将这12人平均分成3个组(每组4个人)、则4个种子选手恰好被分在同一组的分法有( ) A .21 B .42 C .35 D .70【答案】C 【详解】4个种子选手分在同一组,即剩下的8人平均分成2组,方法有448422C C 35 A =种, 故选:C .3、二项式定理【典例3-1】(2022·河南洛阳·模拟预测(理))3nx ⎛⎝的展开式中各二项式系数之和为64,则展开式中的常数项为( ) A .-540 B .135C .18D .1215【答案】B 【详解】由题意得264n =,所以6n =,所以63x ⎛- ⎝展开式的通项()()36662166C 31C 3rr rr r r r r T x x---+⎛==-⋅⋅⋅ ⎝, 令3602r -=,得4r =,所以展开式中的常数项为()44261C 3135-⋅⋅=. 故选:B .【典例3-2】(2022·全国·高三专题练习)()91-x 按x 降幕排列的展开式中,系数最大的项是( ) A .第4项和第5项 B .第5项 C .第5项和第6项 D .第6项【答案】B 【详解】因为()91-x 的展开式通项为()919C 1k kk k T x -+=⋅⋅-, 其中第5项和第6项的二项式系数最大,但第5项的系数为正,第6项的系数为负, 故()91-x 按x 降幕排列的展开式中,系数最大的项是第5项. 故选:B.【典例3-3】(2022·全国·高三专题练习)若()1nx +的展开式中,某一项的系数为7,则展开式中第三项的系数是( ) A .7 B .21 C .35 D .21或35【答案】B 【详解】解:由题意,展开式的通项为1(C 0,1,,)r rr n T x r n +==,所以某一项的系数为7,即C 7rn =,解得n =7,r =1或n =7,r =6,所以展开式中第三项的系数是27C 21=.故选:B .【典例3-4】(2023·全国·高三专题练习)二项式()()()237121212x x x ++++++的展开式中,含2x 项的二项式系数为( ) A .84 B .56 C .35 D .21【答案】B 【详解】解:因为二项式为()()()237121212x x x ++++++,所以其展开式中,含2x 项的二项式系数为:222222234567C C C C C C +++++, 3222244567=C C C C C ++++,32225567=C C C C +++, 322667=C C C ++,3277=C C +, 38=C 56=.故选:B【典例3-5】(2022·全国·高三专题练习)已知()523450123451ax a a x a x a x a x a x +=+++++,若3270a =-,则024a a a ++=( ) A .992 B .-32 C .-33 D .496【答案】D 【详解】由题意知:()3333335C 10a x ax a x ==,则310270a =-,解得3a =-;令1x =,则()50123451332a a a a a a -=+++++=-,令1x =-,则()5012345131024a a a a a a +=-+-+-=,两式相加得()0242992a a a ++=,则024496a a a ++=. 故选:D.。