排列组合、二项式定理(附答案)
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第六章 排列组合、二项式定理一、考纲要求1.掌握加法原理及乘法原理,并能用这两个原理分析解决一些简单的问题.2.理解排列、组合的意义,掌握排列数、组合数的计算公式和组合数的性质,并能用它们解 决一些简单的问题.3.掌握二项式定理和二项式系数的性质,并能用它们计算和论证一些简单问题. 二、知识结构⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧二项式定理组合数应用组合数组合排列数应用排列数排列加法原理、乘法原理 排列组合综合应用⎭⎬⎫三、知识点、能力点提示 (一)加法原理、乘法原理说明 加法原理、乘法原理是学习排列组合的基础,掌握此两原理为处理排 列、组合中有关问题提供了理论根据.例1 5位高中毕业生,准备报考3所高等院校,每人报且只报一所,不同的 报名方法共有多少种?解: 5个学生中每人都可以在3所高等院校中任选一所报名,因而每个学生都有3种不同的 报名方法,根据乘法原理,得到不同报名方法总共有3×3×3×3×3=35(种)(二)排列、排列数公式说明 排列、排列数公式及解排列的应用题,在中学代数中较为独特,它研 究的对象以及研 究问题的方法都和前面掌握的知识不同,内容抽象,解题方法比较灵活,历届高考主要考查 排列的应用题,都是选择题或填空题考查.例2 由数字1、2、3、4、5组成没有重复数字的五位数,其中小于50 000的 偶数共有( )A.60个B.48个C.36个D.24个解 因为要求是偶数,个位数只能是2或4的排法有P 12;小于50 000的五位数,万位只能是1、3或2、4中剩下的一个的排法有P 13;在首末两位数排定后,中间3个位数的排法有P 33,得P 13P 33P 12=36(个) 由此可知此题应选C.例3 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 数字,则每个方格的标号与所填的数字均不同的填法有多少种?解: 将数字1填入第2方格,则每个方格的标号与所填的数字均不相同的填法有3种,即214 3,3142,4123;同样将数字1填入第3方格,也对应着3种填法;将数字1填入第4方格,也对 应3种填法,因此共有填法为3P 13=9(种).(三)组合、组合数公式、组合数的两个性质 说明 历届高考均有这方面的题目出现,主要考查排列组合的应用题,且基本上都是由选择题或填空题考查.例4 从4台甲型和5台乙型电视机中任意取出3台,其中至少有甲型与乙型电 视机各1台,则不同的取法共有( )A.140种B.84种C.70种D.35种解: 抽出的3台电视机中甲型1台乙型2台的取法有C 14·C 25种;甲型2台乙型1台 的取法有C 24·C 15种根据加法原理可得总的取法有C 24·C 25+C 24·C 15=40+30=70(种 ) 可知此题应选C.例5 甲、乙、丙、丁四个公司承包8项工程,甲公司承包3项,乙公司承包1 项,丙、丁公司各承包2项,问共有多少种承包方式?解: 甲公司从8项工程中选出3项工程的方式 C 38种;乙公司从甲公司挑选后余下的5项工程中选出1项工程的方式有C 15种;丙公司从甲乙两公司挑选后余下的4项工程中选出2项工程的方式有C 24种;丁公司从甲、乙、丙三个公司挑选后余下的2项工程中选出2项工程的方式有C 22种.根据乘法原理可得承包方式的种数有38C ×C 15×C 24×C 22=12345123678⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯×1=1680(种).(四)二项式定理、二项展开式的性质说明 二项式定理揭示了二项式的正整数次幂的展开法则,在数学中它是常用的基础知识 ,从1985年至1998年历届高考均有这方面的题目出现,主要考查二项展开式中通项公式等, 题型主要为选择题或填空题.例6 在(x-3)10的展开式中,x 6的系数是( )A.-27C 610B.27C 410C.-9C 610D.9C 410解 设(x-3)10的展开式中第γ+1项含x 6,因Tγ+1=Cγ10x10-γ(-3)γ,10-γ=6,γ=4于是展开式中第5项含x 6,第5项系数是C 410(-3)4=9C 410故此题应选D.例7 (x-1)-(x-1)2+(x-1)3-(x-1)4+(x-1)5的展开式中的x 2的 系数等于 解:此题可视为首项为x-1,公比为-(x-1)的等比数列的前5项的和,则其和为xx x x x x 65)1()1()1(1])1(1)[1(-+-=-+-++在(x-1)6中含x 3的项是C 36x 3(-1)3=-20x 3,因此展开式中x 2的系数是-2 0.(五)综合例题赏析例8 若(2x+3)4=a 0+a 1x+a 2x 2+a 3x 3+a 4x 4,则(a 0+a 2+a 4)2-(a 1+a 3)2的值为( )A.1B.-1C.0D.2 解:A.例9 2名医生和4名护士被分配到2所学校为学生体检,每校分配1名医生和2 名护士,不同的分配方法共有( )A.6种B.12种C.18种D.24种解 分医生的方法有P 22=2种,分护士方法有C 24=6种,所以共有6×2=12种不同 的分配方法。
应选B.例10 从4台甲型和5台乙型电视机中任意取出3台,其 中至少要有甲型与乙型电视机各1台,则不同取法共有( ).A.140种B.84种C.70种D.35种解:取出的3台电视机中,甲型电视机分为恰有一台和恰有二台两种情形.∵C 24·C 15+C 25·C 14=5×6+10×4=70. ∴应选C.例11 某小组共有10名学生,其中女生3名,现选举2 名代表,至少有1名女生当选的不同选法有( )A.27种B.48种C.21种D.24种 解:分恰有1名女生和恰有2名女生代表两类:∵C 13·C 17+C 23=3×7+3=24, ∴应选D.例12 由数学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个B.300个C.464个D.600个解:先考虑可组成无限制条件的六位数有多少个?应有P 15·P 55=600个.由对称性,个位数小于十位数的六位数和个位数大于十位数的六位数各占一半. ∴有21×600=300个符合题设的六位数. 应选B.例13 以一个正方体的顶点为顶点的 四面体共有( ). A.70个 B.64个 C.58个 D.52个解:如图,正方体有8个顶点,任取4个的组合数为C 48=70个.其中共面四点分3类:构成侧面的有6组;构成垂直底面的对角面的有2组;形如(ADB 1C 1 )的有4组.∴能形成四面体的有70-6-2-4=58(组) 应选C.例14 如果把两条异面直线看成“一对”,那么六棱 锥的棱所在的12条直线中,异面直线共有( ).A.12对B.24对C.36对D.48对 解:设正六棱锥为O —ABCDEF.任取一侧棱OA(C 16)则OA 与BC 、CD 、DE 、EF 均形成异面直线对.∴共有C 16×4=24对异面直线. 应选B.例15 正六边形的中心和顶点共7个点,以其中三个点 为顶点的三角形共 个(以数字作答).解:7点中任取3个则有C 37=35组.其中三点共线的有3组(正六边形有3条直径). ∴三角形个数为35-3=32个.例16 设含有10个元素的集合的全部子集数为S ,其中由3个元素组成的子集 数为T ,则ST的值为 。
解 10个元素的集合的全部子集数有:S =C 010+C 110+C 210+C 310+C 410+C 510+C 610+C 710+C 810+C 910+C 1010=210=1024其中,含3个元素的子集数有T=C 310=120 故S T =128151024120例17 在50件产品 n 中有4件是次品,从中任意抽了5件 ,至少有3件是次品的抽法共 种(用数字作答). 解:“至少3件次品”即“有3件次品”或“有4件次品”.∴C 34·C 246+C 44·C 146=4186(种)例18 有甲、乙、丙三项任务,甲需2人承担,乙、 丙各需1人承担,从10人中选派4人承担这三项任务,不同的选法共有( ). A.1260种 B.2025种 C.2520种 D.5040种解:先从10人中选2个承担任务甲(C 210)再从剩余8人中选1人承担任务乙(C 18)又从剩余7人中选1人承担任务乙(C 17)∴有C 210·C 18·C 17=2520(种). 应选C.例19 集合{1,2,3}子集总共有( ). A.7个 B.8个 C.6个 D.5个 解 三个元素的集合的子集中,不含任何元素的子集有一个,由一个元素组成的子集数C 13,由二个元素组成的子集数C 23。
由3个元素组成的子集数C 33。
由加法原理可得集合子集的总个数是 C 13+C 23+C 33+1=3+3+1+1=8 故此题应选B.例20 假设在200件产品中有3件是次品,现在从中任意抽取5件,其中至少有两件次品的抽法有( ).A.C 23C 3197种B.C 23C 3197 +C 33C 2197C.C 5200-C 5197D.C 5200-C 13C 4197解:5件中恰有二件为次品的抽法为C 23C 3197,5件中恰三件为次品的抽法为C33C2197,∴至少有两件次品的抽法为C23C3197+C33C2197.应选B.例21两排座位,第一排有3个座位,第二排有5个座位,若8名学生入座(每人一个座位),则不同座法的总数是( ).A.C58C38B.P12C58C38C.P58P38D.P88解:对于8个人的任意一个排列均可“按先前排从左到右再后排从左到右”的次序入座.∴应有P88种不同的入座法.应选D.例22 7人并排站成一行,如果甲、乙必须不相邻,那么不同排法的总数是 ( ).A.1440B.3600C.4320D.4800解:7人的全排列数为P77.若甲乙必须相邻则不同的排列数为P22P66.∴甲乙必须不相邻的排列数为P77-P22P66=5P66=3600.应选B.例23用1,2,3,4,四个数字组成没有重复的四位奇数的个数是个(用具体数字作答).解:末位数(C12),前三位数(P33).∴有C12P33=12个四位奇数.例24用1,2,3,4,四个数字组成的比1234大的数共有个(用具体数字作答).解:若无限制,则可组成4!=24个四位数,其中1234不合题设.∴有24-1=23个符合题设的数.例25用0,1,2,3,4这五个数字组成没有重复数字的四位数,那么在这些四位数中,是偶数的总共有( ).A.120个B.96个C.60 个D.36个解:末位为0,则有P34=24个偶数.末位不是0的偶数有P12P13P23=36个.∴共有24+36=60个数符合题设.应选C.例26已知集合A和集合B各含有12个元素,A∩B含4个元素,试求同时满足下面两个条件的集合C的个数:(1)C⊂A∪B,且C中含有3个元素;(2)C∩A≠φ(φ表示空集).解:∵A∪B含有12+12-4=20个元素;B含12个元素,∴A∩B含20-12=8个元素,若C中恰含A中1个元素,则有C112·C28个,若C中恰含A中2个元素,则有C212·C28·C28个,若C中恰含A中3个元素,则有C312个,∴符合题设的集合C的个数为C112C28+C212C18+C312=1084个.例27 四面体的顶点和各棱中点共10个点,在其中取4 个不共面的点,不同的取法共有( )A.150种B.147种C.144种D.141种解:从10点中任取4点的组合数为C 410=210.其中有4·C 46=60组点,每组中的四点恰为一个侧面上的点.其中任取同一棱上3点它们和相对棱的中点共面,即有6组这种情况应排除. 其中还有底面两棱中点和对面两棱中点共面,即有3组这种情况应排除. ∴符合题设的取法有150-6-3=141种. 应选D. 例28 已知(2x x a -)9的展开式中x 3的系数为49,常数a 的值为 . 解:T k+1=C k9(xa )9-k (2x )k=C k9·a 9-k22k -·xk-9+2k令k-9+2k=3,得k=8, ∴x 3的系数为C 89·a ·2-4=49. 即169a=49,得a=4. 例29 (xx 2-)6的展开式中的常数项为( )A.-160B.-40C.40D.160解:T k+1=C k 6(x )6-k(-x2)k=C k 6·(-2)k·x226kk --令226kk --=0,得k=3 ∴常数项为C 36·(-2)3=-160应选A. 例30 若(4x21x •+)n展开式 中前三项系数成等差数列,求出展开式里的有理项。