高中数学排列组合问题方法总结
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高中数学排列组合方法总结
1. 分组(堆)问题
分组(
堆)问题的六个模型:①无序不等分;②无序等分;③无序局部等分;(④有序不等分;
⑤有序等分;⑥
有序局部等分.)
处理问题的原则:
①若干个不同的元素“等分”为
m个堆,要将选取出每一个堆的组合数的乘积除以m!
②若干个不同的元素局部“等分”有
m个均等堆,要将选取出每一个堆的组合数的乘积除以m!
③非均分堆问题,只要按比例取出分完再用乘法原理作积.
④要明确堆的顺序时,必须先分堆后再把堆数当作元素个数作全排列.
1.
分组(堆)问题
例1.有四项不同的工程,要发包给三个工程队,要求每个工程队至少要得到一项工程.
共有多少
种不同的发包方式
解:要完成发包这件事,可以分为两个步骤:
⑴
将四项工程分为三“堆”,有
C
2
1
1
4
C
2
C
1
A
2
6
种分法;
2
⑵再将分好的三“堆”依次给三个工程队,
有3!=6种给法.
∴共有6×6=36种不同的发包方式.
2.插空法:
解决一些不相邻问题时,可以先排“一般”元素然后插入“特殊”元素,使问题得以解决.
♀
♀♀ ♀ ♀♀ ♀
↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
例2 .
7人排成一排.甲、乙两人不相邻,有多少种不同的排法
解:分两步进行:
第1步,把除甲乙外的一般人排列:
有A
5
5
=120种排法第2步,将甲乙分别插入到不同的间隙或两端中(插孔):
有A
2
6
=30种插入法
共有12030=3600种排法
几个元素不能相邻时,先排一般
元素,再让特殊元素插孔.
3.捆绑法
相邻元素的排列,可以采用“局部到整体”的排法
,即将相邻的元素局部排列当成“一个”元
素,然后再进行整体排列.
例3 .
6人排成一排.甲、乙两人必须相邻,有多少种不的排法
解:(1)分两步进行:
♀ ♀
♀ ♀ ♀ ♀
甲 乙
第一步,把甲乙排列(捆绑):
有
A
2
2
=2种捆法
第二步,甲乙两个人的梱看作一个元素与其它的排队:
有A
5
5
=120种排法
共有2120=240种排法
几个元素必须相邻时,先捆绑成一个元素,再与其它的进行排列.
4.消序法(留空法)
几个元素顺序一定的排列问题,一般是先排列,再消去这几个元素的顺序.或者,先让其它元素
选取位置排列,留下来的空位置自然就是顺序一定的了.
例4.
5个人站成一排,甲总站在乙的右侧的有多少种站法
解法1:将5个人依次站成一排,有
种站法,
A
5
5
然后再消去甲乙之间的顺序数
A
2
2
∴甲总站在乙的右侧的有站法总数为
A
5
5
3
A
2
543A
5
2
→
↑ → ↑ ↑ → → → ↑ → →
1
①
2
② ③
3 4 5
④
6 7
解法2:先让甲乙之外的三人从5个位置选出3个站好,有
种站法,留下的两个位置自然给
A
3
5
甲乙有1种站法
∴甲总站在乙的右侧的有站法总数为
A
33
5
1A
5
4.消序法(留空法)
变式:如下图所示,有5横8竖构成的方格图,从A到B只能上行或右行共有多少条不同的路线
B
A
B
A
解: 如图所示
将一条路经抽象为如下的一个排法(5-1)+(8-1)=11格:
11
也可以看作是1,2,3,4,5,6,7,①,②,③,④顺序一定的排列,有
A
A
11
4
种排法
7
.
其中必有四个↑和七个→组成!
4
A
7
所以,
四个↑和七个→一个排序就对应一条路经,
51
所以从A到B共有
C
(5
1)
(8
1)
C
4
11
条不同的路径.
5.剪截法(隔板法):
n个 相同小球放入m(m≤n)个盒子里,要求每个盒子里至少有
一个小球的放法等价于n个相同小
球串成一串从间隙里选m-1个结点剪截成m段.
例5.
某校准备参加今年高中数学联赛,把16个选手名额分配到高三年级的1-4
个教学班,每班至
少一个名额,则不同的分配方案共有___种.
解:
问题等价于把16个相同小球放入4个盒子里,每个盒子至少有一个小球的放法种数问题.
将16个小球串成一串,截为4段有
C
3
15
455
种截断法,对应放到4个盒子里.
因此,不同的分配方案共有455种 .
5.剪截法
:
n个
相同小球放入m(m≤n)个盒子里,要求每个盒子里至少有一个小球的放法等价于n个相同小
球串成一
串从间隙里选m-1个结点剪截成m段.
变式:
某校准备参加今年高中数学联赛,把16个选手名额分配到高三年级的1-4
个教学班,每班
的名额不少于该班的序号数,则不同的分配方案共有___种.
解: 问题等
价于先给2班1个,3班2个,4班3个,再把余下的10个相同小球放入4个盒子里,
每个盒子至少有
一个小球的放法种数问题.
将10个小球串成一串,截为4段有
C
3
9
84
种截断法,对应放到4个盒子里.
因此,不同的分配方案共有84种 .
6.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n=2,3,4,5时的错位数各为1,2,9,44.
例6. 编号为1至6的6
个小球放入编号为1至6的6个盒子里,每个盒子放一个小球,其中恰有2
个小球与盒子的编号相同的放
法有____种.
解: 选取编号相同的两组球和盒子的方法有
C
2
6
15
种,其余4组球与盒子需错位排
列有9种放法.
故所求方法有15×9=135种.
7.剔除法:
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.
排列组合应用题往往和代数、三角、立体几何、平面解析几何的某些知识联系,从而增加了问题
的综合性,解答这类应用题时,要注意使用相关知识对答案进行取舍.
例7. 从集合{0,1,2,
3,5,7,11}中任取3个元素分别作为直线方程Ax+By+C=0中的A、B、C,所得的
经过
坐标原点的直线有_________条.
解:所有这样的直线共有
A
3
7
210
条,
其中不过原点的直线有
A
1
A
2
180
条,
66
∴所得的经过坐标原点的直线有210-180=30条.
小结:
①分堆问题;
②解决排列、组合问题的一些常用方法:错位法、剪截法(隔板法)、捆绑法、
剔除法、插孔法、
消序法(留空法).
巩固练习
1.
将
3
封不同的信投入
4个不同的邮筒,则不同的投法
的种数是(
B
)
433
A.
3
B.
4
3
C.
A
4
D.
C
4
2.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地上,
B
其中黄瓜必须种
植,不同的种植方法共有( )
A.24种 B.18种
C.12种 D.6种
3.
12名同学分别到三个不同的路口进行车流量的调
查,若每个路口4人,则不同的分配方案共有(
A
)
A.
C
444
12
C
8
C
4
种
B.3
C
444
12
C
8
C
4
种 4
C.
C
4
C
4
A
3
1283
种 D.
C
44
12
C
8
C
4
A
3
种
3