第一章计数原理复习课(复习课)
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《计数原理》全章复习与巩固 编稿:李 霞 审稿: 张林娟【学习目标】1. 正确使用加法原理和乘法原理,正确区分排列和组合问题,熟练掌握二项式定理的形式和二项式系数的性质.2. 能把所学知识使用到实际问题中,并能熟练运用. 【知识网络】【要点梳理】 要点一:计数方法 排列与组合(1)分类计数原理与分步计数原理是关于计数的两个基本原理,两者的区别在于分步计数原理与分步有关,分类计数原理与分类有关.(2)排列与组合主要研究从一些不同元素中,任取部分或全部元素进行排列或组合,求共有多少种方法的问题.区别排列问题与组合问题要看是否与顺序有关,与顺序有关的属排列问题,与顺序无关的属组合问题.(3)排列与组合的主要公式①排列数公式:(1)(1)()()mn n A n n n m m n n m ==--+≤-…!!,(1)(2)21n n A n n n n ==--…!.②组合数公式:()mn n C m n m =-!!!(1)(1)()(1)21n n n m m n m m --+=≤-…….③组合数性质:(i )()m n m n n C C m n -=≤,11m m m n n nC C C -+=+;(ii )0122nn n n n n C C C C ++++=…;(iii )02413512n n n n n n n C C C C C C -+++=++++=…….排列组合应用题的处理方法和策略(1)正确选择使用分类计数原理还是分步计数原理.“分类”表现为其中任何一类均可独立完成所给事件,而“分步”必须把各步骤均完成才能完成所给事件.所以准确理解两个原理的关键在于明确:分类计数原理强调完成一件事情的几类办法互不干扰,彼此之间交集为空集,并集为全集,不论哪一类办法中的哪一种方法都能单独完成事件;分步计数原理强调各步骤缺一不可,需要依次完成所有步骤才能完成事件,步与步之间互不影响,即前一步用什么方法不影响后一步采取什么方法. (2)排列与组合定义相近,它们的区别在于是否与顺序有关.(3)复杂的排列问题常常通过试验、画简图、小数字简化等手段使问题直观化,从而寻求解题途径,由于结果的正确性难以直接检验,因而常需要用不同的方法求解来获得检验.(4)按元素的性质进行分类、按事件发生的连续过程分步,是处理组合问题的基本思想方法,要注意题设中“至少”“至多”等限制词的意义.(5)处理排列组合的综合性问题,一般思路方法是先选元素(组合),后排列,按元素的性质“分类”和按事件发生的连续过程“分步”,始终是处理排列、组合问题的基本方法和原理,通过解题训练要注意积累分类和分步的基本技能.(6)在解决排列组合综合性问题时,必须深刻理解排列与组合的概念,能够熟练确定问题是排列问题还是组合问题,牢记排列数、组合数计算公式与组合数性质.容易产生的错误是重复和遗漏计数. 常见的解题策略有以下几种: ①特殊元素优先安排的策略; ②合理分类与准确分步的策略; ③排列、组合混合问题先选后排的策略; ④正难则反、等价转化的策略; ⑤相邻问题捆绑处理的策略; ⑥不相邻问题插空处理的策略; ⑦定序问题除法处理的策略; ⑧分排问题直排处理的策略;⑨“小集团”排列问题中先整体后局部的策略; ⑩构造模型的策略.要点诠释:主要的计数思想有分类与分步、模型处理思想、优限法思想、正难则反思想、先选后排思想等;常见问题的类型基本上是组合与排列问题、至多与至少问题、相邻与不相邻问题等.要点二:二项式定理 关于二项式定理的知识 (1)二项式定理011()n n n r n r r n n n n n n a b C a C a b C a b C b --+=+++++……,其中各项系数就是组合数rnC ,展开式共有(n+1)项,第r+1项是1r n r rr n T C a b -+=.(2)二项展开式的通项公式二项展开式的第r+1项1r n r r r n T C a b -+=(r =0,1,…,n )叫做二项展开式的通项公式.(3)二项式系数的性质①对称性:r n r n nC C -=(r =0,1,2,…,n ). ②递推性:11r r rn n n C C C -+=+③增减性与最大值:逐渐增大,随后又逐渐减小若n 是偶数,则中间项12n ⎛⎫⎛⎫+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭第项的二项式系数最大,其值为2nn C .若n 是奇数,则中间两项1322n n ⎛++⎫⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭第项和第项的二项式系数相等,并且最大,其值为1122n n nnCC-+=.④所有二项式系数和等于2n,即012nn n n n C C C +++=….奇数项的二项式系数和等于偶数项的二项式系数和,即021312n n n n n C C C C -++=++=…….要点诠释:熟记二项式定理,是解答与二项式定理有关问题的前提条件,对比较复杂的二项式,有时先化简再展开更便于计算. 注意二项式系数与项的系数是有区别的. 【典型例题】类型一:两个计数原理例1. 某学习小组有8名同学,从男生中选2人,女生中选1人参加数学、物理、化学三种竞赛,要求每科均有1人参加,共有180种不同的选法,那么该小组中男、女同学各有多少人? 【解析】设男生有x 人,则女生有(8-x )人,依题意,得:21383180x x C C A -⋅⋅=(1)(8)61802x x x -∴-⋅=, 即3298600x x x -++=,解得123562x x x ===-,,(舍),故男生有5人,女生有3人;或男生有6人,女生有2人.【总结升华】对于复杂问题,不能只用分类加法计数原理或分步乘法计数原理解决时,可以综合应用两个原理. 举一反三:【变式1】计算12381238238A A A A ++++. 【答案】362879【解析】由(1)!!nn nA n n =+-,故原式=2!1!3!2!9!8!9!1!362879-+-++-=-=.【变式2】某单位安排7位员工在10月1日至7日值班,每天1人,每人值班1天,若7位员工中的甲、乙排在相邻两天,丙不排在10月1日,丁不排在10月7日,则不同的安排方案共有 ( )A .504种B .960种C .1008种D .1108种 【答案】 C【解析】分两类:甲、乙排1、2号或6、7号,共有2×214244A A A 种方法;甲、乙排中间,丙排7号或不排7号,共有24113243334()A A A A A +种方法;故共有1008种不同的排法.例2. 同室4人各写1张贺年卡,先集中起来,然后每人从中各拿1张别人送出的贺年卡,则4张贺年卡不同的分配方式有( )A .6种B .9种C .11种D .23种【解析】解法1:设四人A ,B ,C ,D 写的贺年卡分别是a ,b ,c ,d ,当A 拿贺年卡b ,则B 可拿a ,c ,d 中的任何一个,即B 拿a ,C 拿d ,D 拿c 或B 拿c ,D 拿a ,C 拿d 或B 拿d ,C 拿a ,D 拿c ,所以A 拿b 时有三种不同分配方法.同理,A 拿c ,d 时也各有三种不同的分配方式.由分类计数原理,四张贺年卡共有3+3+3=9种分配方式.解法2:让四人A,B,C,D依次拿一张别人送出的贺年卡.如果A先拿有3种,此时写被A拿走的那张贺年卡的人也有3种不同的取法.接下来,剩下的两个人都各只有一种取法.由分步计数原理,四张贺年卡不同的分配方式有3×3×1×1=9种.∴应选B.【总结升华】正确使用和区别两个原理是解决本题的关键.举一反三:【变式1】现有6名同学同时进行的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.5654322⨯⨯⨯⨯⨯D.6×5×4×3×2【答案】A【解析】因为每名同学有5个讲座可选,6位同学共有5×5×5×5×5×5=56种选法.【变式2】用0到9这10个数字,可以组成没有重复数字的三位偶数的个数为() A.324 B.328 C.360 D.648【答案】B【解析】利用分类计数原理,共分两类:(1)0作个位,共2972A=个偶数;(2)0不作个位,共111488256A A A=个偶数,共计72+256=328个偶数,故选B.类型二:排列与组合及分类、分布原理的应用例3. 下表是高考第一批录取的一份志愿表. 如果有4所重点院校,每所院校有3个专业是你较为满意的选择. 若表格填满且规定学校没有重复,同一学校的专业也没有重复的话,你将有多少种不同的填表方法?【思路点拨】填写学校时是有顺序的,因为这涉及到第一志愿、第二志愿、第三志愿的问题;同一学校的两个专业也有顺序,要区分第一专业和第二专业. 因此这是一个排列问题.【解析】填表过程可分两步.第一步,确定填报学校及其顺序,则在4所学校中选出3所并加排列,共有34A种不同的排法;第二步,从每所院校的3个专业中选出2个专业并确定其顺序,其中又包含三小步,因此总的排列数有222333A A A ⋅⋅.综合以上两步,由分步计数原理得不同的填表方法有:322243335184A A A A ⋅⋅⋅=种.【总结升华】要完成的事件与元素的排列顺序是否相关,有时题中并未直接点明,需要根据实际情景自己判断,特别是学习了组合这一点尤其重要. 另外,较复杂的事件应分解开考虑. 举一反三:【变式1】某地奥运火炬接力传递路线共分6段,传递活动分别由6名火炬手完成.如果第一棒火炬手只能从甲、乙、丙三人中产生,最后一棒火炬手只能从甲、乙两人中产生,则不同的传递方案共有_______种.(用数字作答) 【答案】 96【解析】 两类:第一棒是丙有11412448C C A =种传递方案,第一棒是甲、乙中一人有11421448C C A =种传递方案.因此共有方案48+48=96种.【变式2】现安排甲、乙、丙、丁、戌5 名同学参加上海世博会志愿者服务活动,每人从事翻译、导游、礼仪、司机四项工作之一,每项工作至少有一人参加.甲、乙不会开车但能从事其他三项工作,丙、丁、戌都能胜任四项工作,则不同安排方案的种数是( ) A .152 B .126 C .90 D .54 【答案】 B【解析】 分类讨论:若有2人从事司机工作,则方案有233318C A ⨯=;若有1人从事司机工作,则方案有123343108C C A ⨯⨯=种,所以共有18+108=126种,故B 正确.例4 . 8个人分两排坐,每排4人,限定甲必须坐在前排,乙、丙必须坐在同一排,共有多少种安排方法? 【思路点拨】由题意可分为“乙、丙坐前排,甲坐在前排的8人做法”和“乙、丙坐后,甲坐在前排的8人做法”两类情况;也可以采取“总方法数减去不合题意的方法总数”. 下面用两种方法来解答. 【解析】解法一:由题意可分为“乙、丙坐前排,甲坐在前排的8人做法”和“乙、丙坐后,甲坐在前排的8人做法”两类情况. 在每类情况下,划分“乙、丙坐下”,“甲坐下”,“其他五人坐下”三个步骤,因此共有不同的排法有:2152154254458640A A A A A A ⋅⋅+⋅⋅=种.解法二:采取“总方法数减去不合题意的方法总数”. 把“甲坐在第一排的8人坐法数”看成“总方法数”,这个数目是1747A A ⋅. 在这种前提下,不合题意的方法是“甲坐第一排,且乙、丙坐两排的8人坐法”,这个数目是1111542345A C A A A ⋅⋅⋅⋅. 其中第一个因数14A 表示甲坐在第一排的方法数,12C 表示从乙、丙中任选一人的方法数,13A 表示把选出的这个人安排在第一排的方法数,下一个14A 则表示乙、丙中未安排的那个人坐在第二排的方法数,55A 就是其他五人的坐法数,于是总的方法数为:171111547423458640A A A C A A A ⋅-⋅⋅⋅⋅=种.【总结升华】直接法和间接法对比考虑,正难则反. 举一反三:【变式1】将甲、乙、丙、丁四名学生分到三个不同的班,每个班至少分到一名学生,且甲、乙两名学生不能分到同一个班,则不同分法的种数为 ( ) A .18 B .24 C .30 D .36 【答案】 C【解析】 用间接法解答:四名学生中有两名学生分到一个班的种数是24C ,顺序有33A 种,而甲、乙被分到同一个班有正种,所以种数是23343330C A A -=.【变式2】从5名男医生、4名女医生中选3名医生组成一个医疗小分队,要求其中男、女医生都有,则不同的组队方案共有( )A .70种B .80种C .100种D .140种 【答案】 A【解析】 直接法:一男两女,有12545630C C =⨯=种,两男一女,有215410440C C =⨯=种,共计70种.间接法:任意选取3984C =种,其中都是男医生有3510C =种,都是女医生有344C =种,于是符合条件的有84-10-4=70种.类型三:求二项展开式特定项和有关二项展开式的系数问题例5. 已知23(3)nx x +的展开式各项系数和比它的二项式系数和大992. (1)求展开式中二项式系数最大的项; (2)求展开式中系数最大的项.【思路点拨】先由条件列方程求出n. (1)需考虑二项式系数的性质;(2)需列不等式确定r.【解析】令x=1得展开式的各项系数之和为2(13)2n n +=,而展开式的二项式系数的和为0122n n n n n n C C C C ++++=…,故有222992nn -=,所以n=5.(1)因n=5,故展开式共有6项,其中二项式系数最大的项为第三、第四两项. 故223226335()(3)90T C x x x =⋅=,22232233345()(3)270T C x x x =⋅=. (2)设展开式中第r+1项的系数最大,21045233155()(3)3r r rrr rr T C x x C x+-+=⋅=⋅⋅,故有1155115533,33.r r r r r r r r C C C C --++⎧⋅≥⋅⎪⎨⋅≥⋅⎪⎩ 即31,613.51r r r r ⎧≥⎪⎪-⎨⎪≥⎪-+⎩ 解得7922r ≤≤.,4r N r ∈∴=,即展开式中第5项的系数最大.22641243355()(3)405T C x x x =⋅=.【总结升华】展开式中二项式系数最大的项与系数最大的项是两个不同的概念,因此其求法也不同. 前者用二项式系数的性质直接得出,后者要列不等式组,解不等式组时可能会求出几个r ,这时还必须算出相应项的系数后再比较大小. 举一反三:【变式1】6⎛⎫展开式中,3x 系数等于________. 【答案】 15【解析】42435615T C x ⎛⎫⎛== ⎝,所以3x 系数等于15. 【变式2】在20()x 的展开式中,系数为有理数的项共有_________项. 【答案】 6【解析】二项展开式的通项公式为20120)r r r r T C x -+==2020)r r r r C x y -(0≤r ≤20),要使系数为有理数,则r 必为4的倍数,所以r 可为0、4、8、12、16、20共6种,故系数为有理数的项共有6项. 【变式3】察下列等式:4535522C C +=-, 1597399922C C C ++=+, 159131151313131322C C C C +++=-, 1591317157171717171722C C C C C ++++=+,……由以上等式推测到一个一般的结论:对于n +∈N ,1594141414141n n n n n C C C C +++++++++=…_______.【答案】 41212(1)2n n n --+-【解析】这是一种需用类比推理方法来解的问题,结论由两项构成,第二项前有(1)n -,两项的指数分别为41n -,21n -,因此对于n +∈N ,有159414121414141412(1)2n n n n n n n n C C C C +--++++++++=+-….【变式4】43(1)(1x -的展开式中2x 的系数是( ) A .-6 B .-3 C .0 D .3【答案】 A【解析】 114323422(1)(1(1464)(133)x x x x x x x x -=-+-+-+-, 则x 2的系数是-12+6=-6.。
XX中学课时教学设计模板XX中学课时教学设计模板XX中学课时教学设计模板一、复习知识点:1、分类计数原理:(1)加法原理:如果完成一件工作有k种途径,由第1种途径有n1种方法可以完成,由第2种途径有n2种方法可以完成,……由第k种途径有n k种方法可以完成。
那么,完成这件工作共有n1+n2+……+n k种不同的方法。
2,乘法原理:如果完成一件工作可分为K个步骤,完成第1步有n1种不同的方法,完成第2步有n2种不同的方法,……,完成第K步有n K种不同的方法。
那么,完成这件工作共有n1×n2×……×n k种不同方法二、典型例题1、.用5种不同颜色给图中的A、B、C、D四个区域涂色, 规定一个区域只涂一种颜色, 相邻区域必须涂不同的颜色, 不同的涂色方案有种。
2、将一个四棱锥的每个顶点染上一种颜色,并使同一条棱上的两端异色,若只有5种颜色可用,则不同的染色方法共有多少种?3、用数字1,2,3,4,5组成的无重复数字的四位偶数的个数为_______.4、用0,1,2,3,4五个数字(1)可以排出多少个三位数字的电话号码?(2)可以排成多少个三位数?(3)可以排成多少个能被2整除的无重复数字的三位数?5、用0,1,2,3,4,5可以组成无重复数字的比2000大的四位奇数______个。
XX中学课时教学设计模板求以按依次填个空位来考虑,排列数公式:=()说明:(1)公式特征:第一个因数是,后面每一个因数比它前面一个 少1,最后一个因数是,共有个因数;(2)全排列:当时即个不同元素全部取出的一个排列全排列数:(叫做n 的阶乘)4.例子:例1.计算:(1); (2); (3). 解:(1) ==3360 ; (2) ==720 ; (3)==360例2.(1)若,则 , .(2)若则用排列数符号表示 . 解:(1) 17 , 14 . (2)若则= .例3.(1)从这五个数字中,任取2个数字组成分数,不同值的分数共有多少个?(2)5人站成一排照相,共有多少种不同的站法?(3)某年全国足球甲级(A 组)联赛共有14队参加,每队都要与其余各队在主客场分别比赛1次,共进行多少场比赛?解:(1); (2); (3)课堂练习:P20 练习 第1题mn A m (1)(2)(1)m n A n n n n m =---+(1)(2)(1)m n A n n n n m =---+!()!n n m -,,m n N m n *∈≤n 1n m -+m n m =n (1)(2)21!nn A n n n n =--⋅=316A 66A 46A 316A 161514⨯⨯66A 6!46A 6543⨯⨯⨯17161554m n A =⨯⨯⨯⨯⨯n =m =,n N ∈(55)(56)(68)(69)n n n n ----n =m =,n N ∈(55)(56)(68)(69)n n n n ----1569n A -2,3,5,7,11255420A =⨯=5554321120A =⨯⨯⨯⨯=2141413182A =⨯=XX 中学课时教学设计模板解排列问题问题时,当问题分成互斥各类时,当问题考虑先后次序时,根据乘法原理,可用位置法;当问题的反面简单明了时,可通过求差排除采用间接法求解;问题可以用“捆绑法”;“分离”2)(n m -+(1)(2)21!n n n n =-⋅=等.解排列问题和组合问题,一定要防止“重复”与“遗漏”.互斥分类——分类法先后有序——位置法反面明了——排除法相邻排列——捆绑法分离排列——插空法例1求不同的排法种数:(1)6男2女排成一排,2女相邻;(2)6男2女排成一排,2女不能相邻;(3)4男4女排成一排,同性者相邻;(4)4男4女排成一排,同性者不能相邻.例2在3000与8000之间,数字不重复的奇数有多少个?分析符合条件的奇数有两类.一类是以1、9为尾数的,共有P21种选法,首数可从3、4、5、6、7中任取一个,有P51种选法,中间两位数从其余的8个数字中选取2个有P82种选法,根据乘法原理知共有P21P51P82个;一类是以3、5、7为尾数的共有P31P41P82个.解符合条件的奇数共有P21P51P82+P31P41P82=1232个.答在3000与8000之间,数字不重复的奇数有1232个.例3 某小组6个人排队照相留念.(1)若分成两排照相,前排2人,后排4人,有多少种不同的排法?(2)若分成两排照相,前排2人,后排4人,但其中甲必须在前排,乙必须在后排,有多少种排法?(3)若排成一排照相,甲、乙两人必须在一起,有多少种不同的排法?(4)若排成一排照相,其中甲必在乙的右边,有多少种不同的排法?(5)若排成一排照相,其中有3名男生3名女生,且男生不能相邻有多少种排法?(6)若排成一排照相,且甲不站排头乙不站排尾,有多少种不同的排法?分析:(1)分两排照相实际上与排成一排照相一样,只不过把第3~6个位子看成是第二排而已,所以实际上是6个元素的全排列问题.(2)先确定甲的排法,有P21种;再确定乙的排法,有P41种;最后确定其他人的排法,有P44种.因为这是分步问题,所以用乘法原理,有P21·P41·P44种不同排法.(3)采用“捆绑法”,即先把甲、乙两人看成一个人,这样有P55种不同排法.然后甲、乙两人之间再排队,有P22种排法.因为是分步问题,应当用乘法原理,所以有P55·P22种排法.(4)甲在乙的右边与甲在乙的左边的排法各占一半,有P66种排法.(5)采用“插空法”,把3个女生的位子拉开,在两端和她们之间放进4张椅子,如____女____女____女____,再把3个男生放到这4个位子上,就保证任何两个男生都不会相邻了.这样男生有P43种排法,女生有P33种排法.因为是分步问题,应当用乘法原理,所以共有P43·P33种排法.(6)符合条件的排法可分两类:一类是乙站排头,其余5人任意排有P55种排法;一类是乙不站排头;由于甲不能站排头,所以排头只有从除甲、乙以外的4人中任选1人有P41种排法,排尾从除乙以外的4人中选一人有P41种排法,中间4个位置无限制有P44种排法,因为是分步问题,应用乘法原理,所以共有P41P41P44种排法.XX 中学课时教学设计模板一、复习引入:1.排列数公式及其推导:()2、解排列问题问题时,当问题分成互斥各类时,根据加法原理,可用分类法;当问题考虑先后次序时,根据乘法原理,可用位置法;这两种方法又称作直接法.当问题的反面简单明了时,可通过求差排除采用间接法求解;另外,排列中“相邻”问题可以用“捆绑法”;“分离”问题可能用“插空法”等.二、典型例题1.满足不等式>12的n 的最小值为 ( ) A .7 B . 8C .9D .10【解析】选D .由排列数公式得:>12,即(n -5)(n -6)>12, 整理得n 2-11n +18>0, 所以n <2(舍去)或n >9. 又因为n ∈N *,所以n min =10. 2.若=89,则n =______.【解析】原方程左边==(n -5)(n -6)-1.(1)(2)(1)m n A n n n n m =---+,,m n N m n *∈≤所以原方程可化为(n-5)(n-6)-1=89,即n2-11n-60=0,解得n=15或n=-4(舍去).15>7满足题意.3.解关于x的不等式:>6.【解析】原不等式可变形为>,即(11-x)(10-x)>6,(x-8)(x-13)>0,所以x>13或x<8,又所以2<x≤9且x∈N*,所以2<x<8且x∈N*,所以原不等式的解集为.4.求证:+m+m(m-1)=(n,m∈N*,n≥m>2).【证明】因为左边=+m+m(m-1)======右边,所以等式成立.习题1.2 B组第2、3题XX 中学课时教学设计模板组合的概念:一般地,从个不同元素中取出个不同元素中取出个元素的一个组合说明:⑴不同元素;⑵“只取不排”——无序性;⑶相同组合:元素相同2)(n m -+(1)(2)21!n n n n =-⋅=n m(2);2)(1)!n m m -+710C2)(1)!n m m -+,m N ∈*且XX 中学课时教学设计模板.2)(1)!n m m -+mn n C -=XX 中学课时教学设计模板.=+2)(1)!n m m -+mn n C -=m C.2)(1)!n m m -+,N m ∈*且mn n C -=XX 中学课时教学设计模板a+b )相乘,每个(a+b )在相乘时,有两种选择,(r n r rn nn n C a b C b n N -++++∈叫二项式系数表示,即通项0,1,)n 1+1)1n r rn n n C C x x =+++++23344111)()()C x x x++(r n r rn nn n C a b C b n N -++++∈XX 中学课时教学设计模板9)的展开式常数项; (r n r r n nn n C a b C b n N -++++∈(r n r r n nn n C a b C b n N -++++∈XX 中学课时教学设计模板.二项展开式的通项公式:二项式系数表(杨辉三角)展开式的二项式系数,当依次取…时,二项式系数表,表)增减性与最大值.的增减情况由二项式系数逐渐增大.的,且在中间取得最大值;(r n r r n n n n C a b C b n N -++++∈1r n r rr n T C a b -+=n 1,2,32)(1)!n k k -+n,的展开式中,奇数项的二项式系数的和等于偶数项的二项,,,的展开式中,奇数项的二项式系数的和等于偶数项的二项式系说明:由性质(3)及例1知.,求:;); (.时,,展开式右边为,,∴ ,r r n n C x x ++++12rnn n n n C C C C ++++++(nr n r r n nn n a b C a b C b n N -++++∈23(1)n nn n n C C C +-++-13)()n n C C +-++13n n C C +=++021312n n n n n C C C C -++=++=7277(12)x a a x a x a x -=++++7a ++1357a a a a +++7||a ++1x =7(122)1-=-127a a a ++++27a a +++1=-1=127a a a +++=-0127a a a ++++1=-234567a a a a a a +-+-+-77)13a +=--(1+x)+(1+x)2+…+(1+x)+3x+2)5的展开式中,求本节课学习了二项式系数的性质 7||a ++=61)(a a +-。
第一章计数原理一.学习目标1.掌握分类计数原理与分步计数原理、并能用它分析和解决一些简单的应用问题.2.理解排列的意义,掌握排列数计算公式,并能用它解决一些简单的应用问题.3.理解组合的意义,掌握组合数计算公式和组合数性质,并能用它们解决一些简单的应用问题.4.掌握二项式定理和二项展开式的性质,并能用它们计算和证明一些简单的问题.二.知识网络第一课两个原理一.知识梳理1.分类计数原理(也称加法原理):做一件事情,完成它可以有n类办法,在第一类办法中有m1种不同的方法,在第二类办法中有m2种不同的方法,……,在第n类办法中有m n 种不同的方法,那么完成这件事共有N=种不同的方法.2.分步计数原理(也称乘法原理):做一件事情,完成它需要分成n个步骤,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n步有m n种不同的方法,那么完成这件事共有N=种不同的方法.3.解题方法:枚举法、插空法、隔板法.二.基础自测1.有一项活动需在3名老师,8名男同学和5名女同学中选人参加,(1)若只需一人参加,有多少种不同的选法?(2)若需一名老师,一名学生参加,有多少种不同的选法?(3)若只需老师,男同学,女同学各一人参加,有多少种不同的选法?解(1)“完成这件事”只需从老师、学生中选1人即可,共有3+8+5=16种.(2)“完成这件事”需选2人,老师、学生各1人,分两步进行:选老师有3种方法,选学生有8+5=13种方法,共有3×13=39种方法.(3)“完成这件事”需选3人,老师、男同学、女同学各一人,可分三步进行,选老师有3种方法,选男同学有8种方法,选女同学有5种方法,共有3×8×5=120种方法.2.(09重庆卷)将4名大学生分配到3个乡镇去当村官,每个乡镇至少一名,则不同的分配方案有 种(用数字作答).解:分两步完成:第一步将4名大学生按,2,1,1分成三组,其分法有21142122C C C A ⋅⋅;第二步将分好的三组分配到3个乡镇,其分法有33A 所以满足条件得分配的方案有211342132236C C C A A ⋅⋅⋅= 3.如图所示,用五种不同的颜色分别给A 、B 、C 、D 四个区域涂色,相邻区域必须涂不同颜色,若允许同一种颜色多次使用,则不同的涂色方法共有 种.答案 1804.(09全国卷)甲组有5名男同学,3名女同学;乙组有6名男同学、2名女同学。
复习课(一)计数原理对应学生用书P48(1)两个计数原理是学习排列与组合的基础,高考中一般以选择题、填空题的形式出现,难度中等.(2)运用两个计数原理解题的关键在于正确区分“分类”与“分步”.分类就是能“一步到位”——任何一类中任何一种方法都能完成这件事情,而分步则只能“局部到位”——任何一步中任何一种方法都不能完成这件事情,只能完成事件的某一部分,只有当各步全部完成时,这件事情才完成.[考点精要]计数原理(1)分类加法计数原理:N=n1+n2+n3+…+n m;(2)分步乘法计数原理:N=n1·n2·n3·…·n m.[典例]如图所示,花坛内有五个花池,有五种不同颜色的花卉可供栽种,每个花池内只能种同种颜色的花卉,相邻两池的花色不同,则最多的栽种方案有()A.180种B.240种C.360种D.420种[解析]由题意知,最少用三种颜色的花卉,按照花卉选种的颜色可分为三类方案,即用三种颜色,四种颜色,五种颜色.①当用三种颜色时,花池2,4同色和花池3,5同色,此时共有A35种方案.②当用四种颜色时,花池2,4同色或花池3,5同色,故共有2A45种方案.③当用五种颜色时有A55种方案.因此所有栽种方案为A35+2A45+A55=420(种).[答案] D[类题通法]使用两个原理解决问题时应注意的问题(1)对于一些比较复杂的既要运用分类加法计数原理又要运用分步乘法计数原理的问题,我们可以恰当地画出示意图或列出表格,使问题更加直观、清晰.(2)当两个原理混合使用时,一般是先分类,在每类方法里再分步.[题组训练]1.从黄瓜、白菜、油菜、扁豆4种蔬菜品种中选出3种,分别种在不同土质的三块土地上,其中黄瓜必须种植,不同的种植方法有()A.24种B.18种C.12种D.6种解析:选B法一:(直接法)若黄瓜种在第一块土地上,则有3×2=6种不同的种植方法.同理,黄瓜种在第二块、第三块土地上均有3×2=6种不同的种植方法.故不同的种植方法共有6×3=18种.法二:(间接法)从4种蔬菜中选出3种种在三块地上,有4×3×2=24种方法,其中不种黄瓜有3×2×1=6种方法,故共有不同的种植方法24-6=18种.2.有红、黄、蓝旗各3面,每次升一面、二面或三面在旗杆上纵向排列表示不同的信号,顺序不同则表示不同的信号,共可以组成的信号有________种.解析:每次升1面旗可组成3种不同的信号;每次升2面旗可组成3×3=9种不同的信号;每次升3面旗可组成3×3×3=27种不同的信号.根据分类加法计数原理,共可组成3+9+27=39种不同的信号.答案:39(1)高考中往往以实际问题为背景,考查排列与组合的综合应用,同时考查分类讨论的思想方法,常以选择题、填空题形式出现,有时与概率结合考查.(2)解决排列组合问题的关键是掌握四项基本原则①特殊优先原则:如果问题中有特殊元素或特殊位置,优先考虑这些特殊元素或特殊位置的解题原则.②先取后排原则:在既有取出又需要对取出的元素进行排列中,要先取后排,即完整地把需要排列的元素取出后,再进行排列.③正难则反原则:当直接求解困难时,采用间接法解决问题的原则.④先分组后分配原则:在分配问题中如果被分配的元素多于位置,这时要先进行分组,再进行分配.[考点精要]1.排列与组合的概念2.排列数与组合数的概念3.排列数与组合数公式 (1)排列数公式①A m n =n (n -1)…(n -m +1)=n !(n -m )!;②A n n =n !. (2)组合数公式C mn =A m n A m m =n (n -1)(n -2)…(n -m +1)m !=n !m !(n -m )!.4.组合数的性质(1)C m n =C n-mn;(2)C m n +C m -1n=C mn +1. [典例] (1)一排9个座位坐了3个三口之家,若每家人坐在一起,则不同的坐法种数为( )A .3×3!B .3×(3!)3C .(3!)4D .9!(2)(重庆高考)某次联欢会要安排3个歌舞类节目、2个小品类节目和1个相声类节目的演出顺序,则同类节目不相邻的排法种数是( )A .72B .120C .144D .168(3)从6位同学中选出4位参加一个座谈会,要求张、王两同学中至多有一个人参加,则不同选法的种数为( )A .9B .14C .12D .15[解析] (1)把一家三口看作一个排列,然后再排列这3家,所以有(3!)4种.(2)依题意,先仅考虑3个歌舞类节目互不相邻的排法种数为A 33A 34=144,其中3个歌舞类节目互不相邻但2个小品类节目相邻的排法种数为A 22A 22A 33=24,因此满足题意的排法种数为144-24=120,选B .(3)法一:(直接法)分两类,第一类张、王两同学都不参加,有C 44种选法;第二类张、王两同学中只有1人参加,有C 12C 34种选法.故共有C 44+C 12C 34=9种选法.法二:(间接法)C46-C24=9种.[答案](1)C(2)B(3)A[类题通法]排列与组合综合问题的常见类型及解题策略(1)相邻问题捆绑法.在特定条件下,将几个相关元素视为一个元素来考虑,待整个问题排好之后,再考虑它们“内部”的排列.(2)相间问题插空法.先把一般元素排好,然后把特定元素插在它们之间或两端的空当中,它与捆绑法有同等作用.(3)特殊元素(位置)优先安排法.优先考虑问题中的特殊元素或位置,然后再排列其他一般元素或位置.[题组训练]1.有5盆各不相同的菊花,其中黄菊花2盆、白菊花2盆、红菊花1盆,现把它们摆放成一排,要求2盆黄菊花必须相邻,2盆白菊花不能相邻,则这5盆花的不同摆放种数是()A.12 B.24C.36 D.48解析:选B2盆黄菊花捆绑作为一个元素与一盆红菊花排列,2盆白菊花采用插空法,所以这5盆花的不同摆放共有A22A22A23=24种.2.某班准备从含甲、乙的7名男生中选取4人参加4×100米接力赛,要求甲、乙两人至少有一人参加,且若甲、乙同时参加,则他们在赛道上顺序不能相邻,那么不同的排法种数为()A.720 B.520C.600 D.360解析:选C根据题意,分2种情况讨论.①只有甲乙其中一人参加,有C12C35A44=480种情况;②若甲乙两人都参加,有C22C25A44=240种情况,其中甲乙相邻的有C22C25A33A22=120种情况,不同的排法种数为480+240-120=600种,故选C.(1)求二项展开式中的项或项的系数是高考的热点,通常以选择题、填空题形式考查,难度中低档.(2)解决此类问题常遵循“知四求一”的原则在二项式的通项公式中共含有a, b,n,k,T k+1这五个元素,只要知道其中的4个元素,便可求第5个元素的值,在有关二项式定理的问题中,常常会遇到这样的问题:知道这5个元素中的若干个(或它们之间的关系),求另外几个元素.这类问题一般是利用通项公式,把问题归结为解方程(组)或不等式(组).这里要注意n为正整数,k为自然数,且k≤n.[考点精要]1.二项式定理2.二项式系数的性质[典例](1)已知(1+ax)(1+x)5的展开式中x2的系数为5,则a=()A.-4 B.-3C.-2 D.-1(2)设m为正整数,(x+y)2m展开式的二项式系数的最大值为a,(x+y)2m+1展开式的二项式系数的最大值为b,若13a=7b,则m=()A.5 B.6C.7 D.8(3)若(1-2x)4=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4,则a1+a2+a3+a4=________.[解析](1)展开式中含x2的系数为C25+a C15=5,解得a=-1,故选D.(2)由题意得:a=C m2m,b=C m2m+1,所以13C m2m=7C m2m+1,∴13·(2m)!m!·m!=7·(2m+1)!m!·(m+1)!,∴7(2m+1)m+1=13,解得m=6,经检验为原方程的解,选B.(3)令x=1可得a0+a1+a2+a3+a4=1,令x=0,可得a0=1,所以a1+a2+a3+a4=0.[答案](1)D(2)B(3)0[类题通法]求二项式展开式有关问题的常见类型及解题策略(1)求展开式中的特定项.可依据条件写出第r +1项,再由特定项的特点求出r 值即可. (2)已知展开式的某项,求特定项的系数.可由某项得出参数项,再由通项公式写出第r +1项,由特定项得出r 值,最后求出其参数.(3)与二项式各项系数的和有关的问题一般用赋值法求解.[题组训练]1.在x (1+x )6的展开式中,含x 3项的系数为( ) A .30 B .20 C .15D .10解析:选C 只需求(1+x )6的展开式中含x 2项的系数即可,而含x 2项的系数为C 26=15,故选C .2.若(x -1)4=a 0+a 1x +a 2x 2+a 3x 3+a 4x 4,则a 0+a 2+a 4的值为( ) A .9 B .8 C .6D .5解析:选B 令x =1,则a 0+a 1+a 2+a 3+a 4=0,令x =-1,则a 0-a 1+a 2-a 3+a 4=16,∴a 0+a 2+a 4=8.1.设二项式⎝⎛⎭⎪⎫3x +3x n 的展开式各项系数的和为a ,所有二项式系数的和为b ,若a +2b =80,则n 的值为( )A .8B .4C .3D .2解析:选C 由题意a =4n ,b =2n ,∵a +2b =80, ∴4n +2×2n -80=0,即(2n )2+2×2n -80=0,解得n =3.2.教室里有6盏灯,由3个开关控制,每个开关控制2盏灯,则不同的照明方法有( ) A .63种 B .31种 C .8种D .7种解析:选D 由题意知,可以开2盏、4盏、6盏灯照明,不同方法有C 13+C 23+C 33=7(种).3.分配4名水暖工去3户不同的居民家里检查暖气管道.要求4名水暖工都分配出去,且每户居民家都要有人去检查,那么分配的方案共有( )A .A 34种B .A 33A 13种 C .C 24A 33种D .C 14C 13A 33种解析:选C 先将4名水暖工选出2人分成一组,然后将三组水暖工分配到3户不同的居民家,故有C 24A 33种.4.(x +2)2(1-x )5中x 7的系数与常数项之差的绝对值为( ) A .5 B .3 C .2D .0解析:选A 常数项为C 22·22·C 05=4,x 7系数为C 02·C 55(-1)5=-1,因此x 7系数与常数项之差的绝对值为5.5.⎝⎛⎭⎫x 2-12x 6的展开式中,常数项是( ) A .-54B .54C .-1516D .1516解析:选D T r +1=C r 6(x 2)6-r ⎝⎛⎭⎫-12x r =⎝⎛⎭⎫-12r C r 6x 12-13r ,令12-3r =0,解得r =4. ∴常数项为⎝⎛⎭⎫-124C 46=1516.故选D . 6.将4个颜色互不相同的球全部放入编号为1和2的两个盒子里,使得放入每个盒子里球的个数不小于该盒子的编号,则不同的放球方法有( )A .10种B .20种C .36种D .52种解析:选A 分为两类:①1号盒子放入1个球,2号盒子放入3个球,有C 14=4种放球方法;②1号盒子放入2个球,2号盒子放入2个球,有C 24=6种放球方法.∴共有C 14+C 24=10种不同的放球方法.7.若将函数f (x )=x 5表示为f (x )=a 0+a 1(1+x )+a 2(1+x )2+…+a 5(1+x )5,其中a 0,a 1,a 2,…,a 5为实数,则a 3=________.解析:不妨设1+x =t ,则x =t -1,因此有(t -1)5=a 0+a 1t +a 2t 2+a 3t 3+a 4t 4+a 5t 5,则a 3=C 25(-1)2=10.答案:108.农科院小李在做某项试验中,计划从花生、大白菜、大豆、玉米、小麦、高粱这6种种子中选出4种,分别种植在4块不同的空地上(1块空地只能种1种作物),若小李已决定在第1块空地上种玉米或高粱,则不同的种植方案有________种.(用数字作答)解析:由已知条件可得第1块地有C 12种种植方法,则第2~4块地共有A 35种种植方法,由分步乘法计数原理可得,不同的种植方案有C 12A 35=120种.答案:1209.(北京高考)把5件不同产品摆成一排,若产品A 与产品B 相邻,且产品A 与产品C 不相邻,则不同的摆法有________种.解析:将A ,B 捆绑在一起,有A 22种摆法,再将它们与其他3件产品全排列,有A 44种摆法,共有A 22A 44=48种摆法,而A ,B ,C 3件在一起,且A ,B 相邻,A ,C 相邻有CAB ,BAC 两种情况,将这3件与剩下2件全排列,有2×A 33=12种摆法,故A ,B 相邻,A ,C不相邻的摆法有48-12=36种.答案:3610.若(2x +3)3=a 0+a 1(x +2)+a 2(x +2)2+a 3(x +2)3,求a 0+a 1+2a 2+3a 3的值. 解:由(2x +3)3=[2(x +2)-1]3=C 03[2(x +2)]3(-1)0+C 13[2(x +2)]2(-1)1+C 23[2·(x +2)]1(-1)2+C 33[2(x +2)]0(-1)3=8(x +2)3-12(x +2)2+6(x +2)-1 =a 0+a 1(x +2)+a 2(x +2)2+a 3(x +2)3. 则a 0=-1,a 1=6,a 2=-12,a 3=8. 则a 0+a 1+2a 2+3a 3=5.11.将7个相同的小球放入4个不同的盒子中. (1)不出现空盒时的放入方式共有多少种? (2)可出现空盒时的放入方式共有多少种?解:(1)将7个相同的小球排成一排,在中间形成的6个空当中插入无区别的3个“隔板”将球分成4份,每一种插入隔板的方式对应一种球的放入方式,则共有C 36=20种不同的放入方式.(2)每种放入方式对应于将7个相同的小球与3个相同的“隔板”进行一次排列,即从10个位置中选3个位置安排隔板,故共有C 310=120种放入方式.12.已知(3x 2+3x 2)n 展开式中各项的系数和比各项的二项式系数和大992. (1)求展开式中二项式系数的最大项; (2)求展开式中系数最大的项.解:(1)令x =1,则二项式各项系数和为(1+3)n =4n , 展开式中各项的二项式系数之和为2n . 由题意,知4n -2n =992.∴(2n )2-2n -992=0.∴(2n +31)(2n -32)=0. ∴2n =-31(舍)或2n =32,∴n =5. 由于n =5为奇数,∴展开式中二项式系数最大项为中间两项,它们是 T 3=C 25(x 23)3(3x 2)2=90x 6,T 4=C 35(x 23)2(3x 2)3=270x 223.(2)展开式通项公式为T r +1=C r 53r·(x 23)5-r (x 2)r =C r 5·3r ·x 103+4r 3.假设T r +1项系数最大,则有⎩⎪⎨⎪⎧C r 53r ≥C r -15·3r -1,C r 53r ≥C r +15·3r +1, ∴⎩⎪⎨⎪⎧5!(5-r )!r !×3≥5!(6-r )!(r -1)!,5!(5-r )!r !≥5!(4-r )!(r +1)!×3.∴⎩⎨⎧3r ≥16-r ,15-r ≥3r +1.∴72≤r ≤92. ∵r ∈N *,∴r =4.∴展开式中系数最大项为T 5=C 45·34·x 103+4×43=405x 263.。
第一章计数原理章末复习课[自我校对]①分类加法计数原理②分步乘法计数原理③排列④排列数公式⑤组合数公式⑥组合数⑦二项展开式的通项⑧对称性⑨增减性匚题型探究二'兴型V 两个计数原理的应用——/ --------------------- -------------------------分类加法计数原理和分步乘法计数原理是本部分内容的基础,对应用题的考查,经常要对问题进行分类或者分步进而分析求解.“分类”表现为其中任何一类均可独立完成所给事情.“分步”表现为必须把各步骤均完成,才能完成所给事情,所以准确理解两个原理的关键在于弄清分类加法计数原理强调完成一件事情的几类办法互不干扰,不论哪一类办法中的哪一种方法都能够独立完成事件.分步乘法计数原理强调各步骤缺一不可,需要依次完成所有步骤才能完成事件,步与步之间互不影响,即前一步用什么方法不影响后一步采取什么方法.【例1】王华同学有课外参考书若干本,其中有5本不同的外语书, 4本不同的数学书,3本不同的物理书,他欲带参考书到图书馆阅读.⑴若他从这些参考书中带一本去图书馆,有多少种不同的带法?(2)若带外语、数学、物理参考书各一本,有多少种不同的带法?(3)若从这些参考书中选2本不同学科的参考书带到图书馆,有多少种不同的带法?【精彩点拨】解决两个原理的应用问题,首先应明确所需完成的事情是什么,再分析每一种做法使这件事是否完成,从而区分分类加法计数原理和分步乘法计数原理.【解】⑴完成的事情是带一本书,无论带外语书,还是数学书、物理书,事情都已完成,从而确定为应用分类加法计数原理,结果为5+4 +3=12(种).(2)完成的事情是带3本不同学科的参考书,只有从外语、数学、物理书中各选1本后,才能完成这件事,因此应用分步乘法计数原理,结果为5X4X3=60(种).(3)选1本外语书和选1本数学书应用分步乘法计数原理,有5X4= 20种选法;同样,选外语书、物理书各1本,有5X3 = 15种选法;选数学书、物理书各1本,有4X3 = 12种选法.即有三类情况,应用分类加法计数原理,结果为20+15+12=47(种).「规律方袪 ----------------------------------应用两个计数原理解决应用问题时主要考虑三方面的问题:⑴要做什么事;(2)如何去做这件事;(3)怎样才算把这件事完成了.并注意计数原则: 分类用加法,分步用乘法.L 如图所示的电路图,从A 到〃共有 ____司的线路可通电.【解析】先分三类.第一类,经过支路①有3种方法;第二类,经过支路②有1种方法;第三类,经过支路③有2X2=4(种)方法,所以总 的线路条数N=3+l+4二8.【答案】8 B\李彰丿排列、组合的应用排列、组合应用题是高考的重点内容,常与实际问题结合命题,要认真审题,明确问题本质,利用排列、组合的知识解决.【例2】⑴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,其中甲不到银川,乙不到西宁,\李彰丿排列、组合的应用共有多少种不同派遣方案?(2)在高三一班元旦晚会上,有6个演唱节目,4个舞蹈节目.①当4个舞蹈节目要排在一起时,有多少种不同的节目安排顺序?②当要求每2个舞蹈节目之间至少安排1个演唱节目时,有多少种不同的节目安排顺序?③若已定好节目单,后来情况有变,需加上诗朗诵和快板2个节目,但不能改变原来节目的相对顺序,有多少种不同的节目演出顺序?【精彩点拨】按照“特殊元素先排法”分步进行,先特殊后-般.【解】(1)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,则有派遣方案皿种;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总种方法,所以共有3启种方法;③若乙参加而甲不参加同理也有3总种;④若甲乙都参加,则先安排甲乙,有7种方法,然后再安排其余学生到另两个城市有A?种,共有7A:种方法.所以共有不同的派遣方法总数为A笄3A汁3A汁7朋=4088种.(2)①第一步,先将4个舞蹈节目捆绑起来,看成1个节目,与6个演唱节目一起排,有A匸5040种方法;第二步,再松绑,给4个节目排序, 有皿=24种方法.根据分步乘法计数原理,一共有5 040X24=120 960种.②第一步,将6个演唱节目排成一列(如下图中的“□”),一共有廣=720种方法.XDXDXQXnxnxDX第二步,再将4个舞蹈节目排在一头一尾或两个节目中间(即图中“X”的位置),这样相当于7个“X”选4个来排,一共有用=840种.根据分步乘法计数原理,一共有720X840=604 800种.③若所有节目没有顺序要求,全部排列,则有A];种排法,但原来的A 12节目已定好顺序,需要消除,所以节目演出的方式有寻二A:2=132种排Aio法.规律方进解排列、组合应用题的解题策略1.特殊元素优先安排的策略.2.合理分类和准确分步的策略.3.排列、组合混合问题先选后排的策略.4.正难则反、等价转化的策略.5.相邻问题捆绑处理的策略.6.不相邻问题插空处理的策略.7.定序问题除序处理的策略.8.分排问题直排处理的策略.9.“小集团”排列问题中先整体后局部的策略.10.构造模型的策略. 简单记成:合理分类,准确分步; 特殊优先,一般在后; 先取后排,间接排除; 集团捆绑,间隔插空; 抽象问题,构造模型; 均分除序,定序除序.艇Pill练.2.⑴一次考试中,要求考生从试卷上的9个题目中选6个进行答题, 要求至少包含前5个题目中的3个,则考生答题的不同选法的种数是(:C. 84D. 200A. 40B. 74C. 84D. 200(2)A, B, C, D, E, F六人围坐在一张圆桌周围开会,A是会议的中心发言人,必须坐最北面的椅子,B, C二人必须坐相邻的两把椅子,其余三人坐剩余的三把椅子,则不同的座次有()A. 60 种B. 48 种C. 30 种D. 24 种【解析】⑴分三类:第一类,前5个题目的3个,后4个题目的3个;第二类,前5个题目的4个,后4个题目的2个;第三类,前5个题目的5个,后4个题目的1个.由分类加法计数原理得CgC 汁CfC 汁G C]=74.(2)由题意知,不同的座次有A埶扌=48种,故选B.【答案】(1)B (2)B类型3丿二项式定理问题的处理方法和技巧对于二项式定理的考查常岀现两类问题,一类是直接运用通项公式来求特定项.另一类,需要运用转化思想化归为二项式定理来处理问题./ \【例3】⑴若二项式2x+f的展开式中g的系数是84,则实数°\ x)兀=()4A. 2B.D.C. 1(2)已知(l+x+H)x+dhwN+)的展开式中没有常数项,且2W/W8,\兀丿则&二_______ .(3)设(3L 1)6=财6+〃5(+0扌+财3+°2『+0区+。