高中数学选修2-3排列组合题目精选(附答案)
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组合的应用习题 一、有限制条件的组合问题 1.某地区发生了特别重大铁路交通事故,某医院从10名医疗专家中抽调6名奔赴事故现场抢救伤员,其中这10名医疗专家中有4名是外科专家.问: (1)抽调的6名专家中恰有2名是外科专家的抽调方法有多少种? (2)至少有2名外科专家的抽调方法有多少种? (3)至多有2名外科专家的抽调方法有多少种? 解析: (1)分步:首先从4名外科专家中任选2名,有C24种选法,再从除外科专家的6人中选取4人,有C46种选法,所以共有C24·C46=90种抽调方法. (2)“至少”的含义是不低于,有两种解答方法, 法一:(直接法):按选取的外科专家的人数分类: ①选2名外科专家,共有C24·C46种选法; ②选3名外科专家,共有C34·C36种选法; ③选4名外科专家,共有C44·C26种选法; 根据分类加法计数原理,共有 C24·C46+C34·C36+C44·C26=185种抽调方法. 法二:(间接法):不考虑是否有外科专家,共有C610种选法,考虑选取1名外科专家参加,有C14·C56种选法;没有外科专家参加,有C66种选法,所以共有: C610-C14·C56-C66=185种抽调方法. (3)“至多2名”包括“没有”、“有1名”、“有2名”三种情况,分类解答. ①没有外科专家参加,有C66种选法; ②有1名外科专家参加,有C14·C56种选法; ③有2名外科专家参加,有C24·C46种选法. 所以共有C66+C14·C56+C24·C46=115种抽调方法. 注: (1)解决有约束条件的组合问题与解决有约束条件的排列问题的方法一样,都是遵循“谁特殊谁优先”的原则,在此前提下,或分类或分步或用间接法; (2)要正确理解题中的关键词,如“至少”、“至多”、“含”、“不含” 等的确切含义,正确分类,合理分步; (3)要谨防重复或遗漏,当直接法中分类较复杂时,可考虑用间接法处理,即“正难则反”的策略. 2.有男运动员6名,女运动员4名,其中男女队长各1名.选派5人外出比赛,按下列要求求各有多少种选派方法? (1)男运动员3名,女运动员2名; (2)至少有1名女运动员; (3)至少有1名队长参加; (4)既要有队长,又要有女运动员. 解:(1)第一步:选3名男运动员,有C36种选法. 第二步:选2名女运动员,有C24种选法. 所以共有C36·C24=120种选法. (2)法一(直接法):至少有1名女运动员包括以下几种情况: 1女4男,2女3男,3女2男,4女1男. 由分类加法计数原理可得共有C14C46+C24C36+C34C26+C44C16=246种选法. 法二(间接法):“至少有1名女运动员”的反面为“全是男运动员”,可用间接法求解. 从10人中任选5人有C510种选法,其中全是男运动员的选法有C56(种). 所以“至少有1名女运动员”的选法为C510-C56=246(种). (3)法一(直接法):可分类求解. “只有男队长”的选法为C48; “只有女队长”的选法为C48; “男、女队长都入选”的选法为C38. 所以共有2C48+C38=196(种)选法. 法二(间接法):从10人中任选5人有C510种选法, 其中不选队长的方法有C58种,所以“至少有1名队长”的选法为C510-C58=196(种). (4) 当有女队长时,其他人任意选,共有C49种选法.不选女队长时,必选男队长,共有C48种选法,其中不含女运动员的选法有C45种,所以不选女队长时的选法共有C48-C45(种).所以既有队长又有女运动员的选法共有C49+C48-C45= 191(种). 二、分组分配问题
1.6本不同的书,按照以下要求处理,各有几种分法? (1)分给甲、乙、丙三人,每人2本; (2)分为三份,每份2本; (3)分为三份,一份1本,一份2本,一份3本; (4)分给甲、乙、丙三人,一人1本,一人2本,一人3本. 解析: (1)先从6本书中选2本给甲,有C26种选法;再从其余的4本中选2本给乙,有C24种选法;最后从余下的2本书中选2本给丙,有C22种选法; 所以分给甲、乙、丙三人,每人2本,共有C26C24C22=90种分法. (2)可以分两步完成: 第1步,将6本书分为三份,每份2本,设有x种方法; 第2步,将上面三份分给甲、乙、丙三名同学有A33种方法.
根据(1)的结论和分步乘法计数原理得到C26C24C22=xA33,所以x=C26C24C22A33=15. 因此分为三份,每份2本,一共有15种分法. (3)这是“不均匀分组”问题,按照(1)的方法得到一共有C16C25C33=6×(5×2)×1=60种分法. (4)在(3)的基础上再进行全排列,所以一共有C16C25C33A33=360种分法. 注: (1)组合应用题中分配问题的常见形式及处理方法如下表所示:
常见形式 处理方法 非均匀不 编号分组 n个不同元素分成m组,每组元素数目均不相同,且不考虑各组间的顺序,不管是否分尽,分法种数为:A=Cm1n·Cm2n-m1·Cm3n-(m1+m2)·…·Cmmn-(m1+m2
+…+mm-1)
均匀不编 号分组
将n个不同元素分成不编号的m组,假定其中r组元素个
数相等,不管是否分尽,其分法种数为AArr(其中A为非均匀 不编号分组中的分法数).如果再有k组均匀组应再除以Akk 非均匀编 号分组 n个不同元素分成m组,各组元素数目均不相等,且考虑各组间的顺序,其分法种数为A·Amm
均匀编 号分组
n个不同元素分成m组,其中r组元素个数相同且考虑各
组间的顺序,其分法种数为AArr·Amm
(2)分配问题的处理途径. 将n个元素按一定要求分给m个人,称为分配问题.分组问题和分配问题是有区别的,前者组与组之间只要元素个数相同是不可区分的;而后者即使两个元素个数相同,但因人不同,仍然是可区分的.对于这类问题必须遵循先分组后排列的原则. 2.将4个编号为1,2,3,4的小球放入4个编号为1,2,3,4的盒子中. (1)每盒至多一球,有多少种放法? (2)每个盒内放一个球,并且恰好有一个球的编号与盒子的编号相同,有多少种放法? (3)把4个不同的小球换成4个相同的小球,恰有一个空盒,有多少种放法? (4)把4个不同的小球换成20个相同的小球,要求每个盒内的球数不少于它的编号数,有多少种放法? 解:(1)这是全排列问题,共有A44=24种放法. (2)1个球的编号与盒子编号相同的选法有C14种,当1个球与1个盒子的编号相同时,用局部列举法可知其余3个球的投放方法有2种,故共有C14·2=8种放法. (3)先从四个盒子中选出三个盒子,再从三个盒子中选出一个盒子放入两个球,余下两个盒子各放一个.由于球是相同的,即没有顺序,所以属于组合问题,故共有C34C13=12种放法. (4)(隔板法)先将编号为1,2,3,4的4个盒子分别放入0,1,2,3个球,再把剩下的14个球分成四组,即在○○○○○○○○○○○○○○这14个球中间的13个空中放入三块隔板,共有C313=286种放法,如○○|○○○○○|○○○|○○○○,即编号为1,2,3,4的盒子分别放入2,6,5,7个球. 三、排列、组合的综合问题 1.已知10件不同的产品中有4件是次品,现对它们进行一一测试,直至找出所有次品为止. (1)若恰在第5次测试才测试到第一件次品,第10次测试才找到最后一件次品,则这样的不同测试方法数是多少? (2)若恰在第5次测试后,就找出了所有4件次品,则这样的不同测试方法数是多少? 解析: (1)先排前4次测试,只能取正品,有A46种不同的测试方法,再从4件次品中选2件排在第5和第10的位置上测试,有C24·A22=A24(种)测法,再排余下4件的测试位置,有A44种测法.所以共有不同测试方法A46·A24·A44=103 680(种). (2)第5次测试恰为最后一件次品,另3件在前4次中出现,从而前4次中有一件正品出现.所以共有不同测试方法C14·(C16·C33)A44=576(种). 注: 解决排列、组合综合问题要遵循两个原则: (1)按事情发生的过程进行分步; (2)按元素的性质进行分类.解决时通常从三个途径考虑: ①以元素为主考虑,即先满足特殊元素的要求,再考虑其他元素; ②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; ③先不考虑附加条件,计算出排列或组合数,再减去不合要求的排列或组合数. 2.有5个男生和3个女生,从中选出5人担任5门不同学科的科代表,求分别符合下列条件的选法数: (1)有女生但人数必须少于男生; (2)某女生一定担任语文科代表; (3)某男生必须包括在内,但不担任数学科代表; (4)某女生一定要担任语文科代表,某男生必须担任科代表,但不担任数学科代表. 解:(1)先选后排,先选可以是2女3男,也可以是1女4男,先选有C35C23+ C45C13种,后排有A55种,共(C35C23+C45C13)·A55=5 400种选法. (2)除去该女生后,先选后排有C47·A44=840种选法. (3)先选后排,但先安排该男生有C47·C14·A44=3 360种选法. (4)先从除去该男生该女生的6人中选3人有C36种,再安排该男生有C13种,其余3人全排有A33种,共C36·C13·A33=360种选法. 巩固练习:(基础题)
题组1 有限制条件的组合问题 1.某市拟从4个重点项目和6个一般项目中各选2个项目作为本年度要启动的项目,则重点项目A和一般项目B至少有一个被选中的不同选法的种数是( ) A.15 B.45 C.60 D.75 解析:选C 从4个重点项目和6个一般项目中各选2个项目共有C24C26=90种不同的选法,重点项目A和一般项目B都不被选中的不同选法有C23C25=30(种),所以重点项目A和一般项目B至少有一个被选中的不同选法的种数是90-30=60. 2.某计算机商店有6台不同的品牌机和5台不同的兼容机,从中选购5台,且至少有品牌机和兼容机各2台,则不同的选购方法有( ) A.1 050种 B.700种 C.350种 D.200种 解析:选C 分两类:(1)从6台不同的品牌机中选3台和从5台不同的兼容机中选2台; (2)从6台不同的品牌机中选2台和从5台不同的兼容机中选3台. 所以有C36C25+C26C35=350种不同的选购方法. 3.某食堂每天中午准备4种不同的荤菜,7种不同的素菜,用餐者可以按下述方法之一搭配午餐:(1)任选2种荤菜、2种素菜和白米饭;(2)任选1种荤菜、2种素菜和蛋炒饭.则每天不同午餐的搭配方法总数为( ) A.210 B.420 C.56 D.22 解析:选A 由分类加法计数原理知,两类配餐的搭配方法之和即为所求,