(完整版)高中数学完整讲义——排列与组合4.排列数组合数的计算与证明
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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12n N m m m =+++L 种不同的方法.又称加法原理.
⑴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 =⨯⨯⨯L 种不同的方法.又称乘法原理.
⑴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 =---+L ,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=.
⑴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 个元素中任取知识内容
排列数组合数的计算与证明
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 ---+==-L ,,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0
C 1n =)
⑴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: ⑴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; ⑴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;
⑴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,避免“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:
⑴对特殊元素进行优先安排;
⑴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;
⑴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;
⑴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; ⑴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;
⑴对于正面考虑太复杂的问题,可以考虑反面.
⑴对于一些排列数与组合数的问题,需要构造模型.
排列数组合数的简单计算 【例1】 对于满足13n ≥的正整数n ,()()()56...12n n n ---=( )
A .7
12A n - B .75A n - C .85A n - D .125A n -
【例2】 计算3
7Α=______.
【例3】 计算310A ,6
6A ;
【例4】 计算27C =______,57C =_______.
【例5】 计算310C ,68C ;
【例6】 计算3
7A ,410A ,37C ,4850C ,231919C C +.
典例分析
【例7】 已知4
321140n n +=ΑΑ,求n 的值.
【例8】 解不等式2886x x A A -<
【例9】 证明:9
8789878A 9A 8A A -+=.
【例10】 解方程3
22A 100A x x =.
【例11】 解不等式288A 6A x x -<.
【例12】 解方程:3
2111C 24C x x +=
【例13】 解不等式:188C 3C m m ->.
【例14】 设[]x 表示不超过x 的最大整数(如[2]2=,514⎡⎤=⎢⎥⎣⎦
),对于给定的n *∈N ,定义[][](1)(1)C (1)(1)x n n n n x x x x x --+=--+L L ,[)1x ∈+∞,,则当332x ⎡⎫∈⎪⎢⎣⎭,时,函数8C x 的值域是( ) A .16,283⎡⎤⎢⎥⎣⎦ B .16,563⎡⎫⎪⎢⎣⎭
C .284,3⎛⎫ ⎪⎝⎭U [)28,56
D .16284,,2833⎛⎤⎛⎤ ⎥⎥⎝⎦⎝⎦
U
【例15】 组合数C r
n ()1n r n r >∈Z ≥,
、恒等于( ) A .
111C 1r n r n --++ B .()()1111C r n n r --++ C .11C r n nr -- D .11C r n n r
--
【例16】 已知12222C :C :C 3:5:5m
m m n n n +++++=,求m 、n 的值.
排列数组合数公式的应用
【例17】 已知32212020212221C C C C C n
n n n ---+<<-,求21C n 的值.
【例18】 若2
6220
20C C ,()n n n ++=∈N ,则n =_______
【例19】 若11C C C 345m
m m n n n
-+=∶∶∶∶,则n m -=
【例20】 证明:1C (1)C C k k k n n
n n k k +=++
【例21】 证明:110011C C 11n
n i i n n i i i n ++===++∑∑.
【例22】 求证:11211A A (1)A m
m m n n n m -----=+- .
【例23】 证明:102n
k n n
k kC n -==⋅∑.
【例24】 证明:1230123()2
n n n n n n n n n n C C C nC C C C ++++=+++L L .
【例25】 求证:1121C C C C C n
n n n n n n n n m n m ++++++++++=L ;
【例26】 计算:239999C C +,012945613C C C C ++++L
【例27】 证明:011220C C C C C C C C C k k k k k m n m n m n m n n m --+++++=L .
(其中min{}≤,k m n )
【例28】 解方程12253333C C C 4
x x x x x x x --++++=++Α
【例29】 确定函数3
A x 的单调区间.
【例30】 规定A (1)(1)m
x x x x m =--+L ,其中x ∈R ,m 为正整数,且0A 1x =,这是排列数A m n (,n m 是正整数,且m n ≤)的一种推广.
⑴求3
15A -的值;
⑴排列数的两个性质:⑴11A A m m n n n --=,⑴11A A A m m m n n n m -++=(其中,m n 是正整数)
.是否都能推广到A m
x (x ∈R ,m 是正整数)的情形?若能推广,写出推广的形式并给予证明;若不能,则说明理由.。