高中数学必修3《排列组合问题经典题型与通用方法》
系统重装后没有声音-村村
排列组合问题经典题型与通用方法
1.相邻问题捆绑法:题目中规定相邻的几个元素捆绑成一个组,当作一个大元素参与排列.
例1.
A,B,C,D,E
五人并排站成一排,如果
A,B
必须相邻且
B
在
A
的右边,则不同的排法有( )
A、60种
B、48种 C、36种 D、24种
2.相离问题插空排:元素相离(即不相邻
)问题,可先把无位置要求的几个元素全排列,再把规定的相离的几个
元素插入上述几个元素的空位和两
端.
例2.七人并排站成一行,如果甲乙两个必须不相邻,那么不同的排法种数是( )
A、1440种 B、3600种 C、4820种 D、4800种
3.定序问题缩倍法:在排列问题中限制某几个元素必须保持一定的顺序,可用缩小倍数的方法. 例3.A,B,C,D,E五人并排站成一排,如果
B
必须站在
A
的右边
(
A,B
可以不相邻)那么不同的排法有( )A、
24种 B、60种
C、90种 D、120种
4.标号排位问题分步法:把元素排到指定位置上,可先把
某个元素按规定排入,第二步再排另一个元素,如此继
续下去,依次即可完成.
例4.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,则每个方格的标号与所填数字
均不相同的填法有( ) A、6种 B、9种 C、11种
D、23种
5.有序分配问题逐分法:有序分配问题指把元素分成若干组,可用逐步下量分组法.
例5.
(1)有甲乙丙三项任务,甲需2人承担,乙丙各需一人承担,从10人中选出4人承担这三项任务,不同
的选法种数是( ) A、1260种 B、2025种 C、2520种
D、5040种
(2)12名同学分别到三个不同的路口进行流量的调查,若每个路口4人,则不同的分配方案有( )
44
C
12
C
8
4
C
4
4444
43
3
C
12
C
8
4
C
4
3C<
br>12
C
8
4
C
4
C
12
C
8
4
A
3
A
3
A、种 B、种
C、种 D、种
6.全员分配问题分组法:
例6.(1)4名优秀学生全部保送到3所学校去,每所学校至少去一名,则不同的保送方案有多少种?
(2)5本不同的书,全部分给4个学生,每个学生至少一本,不同的分法种数为( )
A、480种 B、240种 C、120种 D、96种
7.名额分配问题隔板法:
例7:10个三好学生名额分到7个班级,每个班级至少一个名额,有多少种不同分配方案?
8.限制条件的分配问题分类法:
例8.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,其中甲同学不到
银川,乙不到西宁,共有多
少种不同派遣方案?
9.多元问题分类法:元素多,取出的情况也多
种,可按结果要求分成不相容的几类情况分别计数再相加。
例9(1)由数字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种
B、300种 C、464种 D、600种
(2)从1,2,3…,100这100个数
中,任取两个数,使它们的乘积能被7整除,这两个数的取法(不计顺序)
共有多少种?
(3)从1,2,3,…,100这100个数中任取两个数,使其和能被4整除
的取法(不计顺序)有多少种?
第 1 页 共 7 页
10.交叉问题集合法:某些排列组合问题几部分之间有交集,可用集合中求元素个数公式<
br>n(AB)n(A)n(B)n(AB)
例10.从6名运动员中选出4人
参加4×100米接力赛,如果甲不跑第一棒,乙不跑第四棒,共有多少种不同的
参赛方案?
11.定位问题优先法:某个或几个元素要排在指定位置,可先排这个或几个元素;再排其它的元素。
例11.现1名老师和4名获奖同学排成一排照相留念,若老师不站两端则有不同的排法有多少种?
12.多排问题单排法:把元素排成几排的问题可归结为一排考虑,再分段处理。
例12.(1)6个不同的元素排成前后两排,每排3个元素,那么不同的排法种数是( )
A、36种 B、120种 C、720种 D、1440种
(2)8个不
同的元素排成前后两排,每排4个元素,其中某2个元素要排在前排,某1个元素排在后排,有多
少种不
同排法?
13.“至少”“至多”问题用间接排除法或分类法:
例13.从4台甲型和5台乙型电视机中任取3台,其中至少要甲型和乙
型电视机各一台,则不同的取法共有
( ) A、140种 B、80种
C、70种 D、35种
14.选排问题先取后排:从几类元素中取出符合题意的几
个元素,再安排到一定的位置上,可用先取后排法.
例14.(1)四个不同球放入编号为1,2,3,4的四个盒中,则恰有一个空盒的放法有多少种?
(2)9名乒乓球运动员,其中男5名,女4名,现在要进行混合双打训练,有多少种不同的分组方法?
15.部分合条件问题排除法:在选取的总数中,只有一部分合条件,
可以从总数中减去不符合条件数,即为所求.
例15.(1)以正方体的顶点为顶点的四面体共有(
)
A、70种 B、64种 C、58种 D、52种
(2)四面体的顶点和各棱中点共10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
16
.圆排问题单排法:把
n
个不同元素放在圆周
n
个无编号位置上的排列,顺序
(例如按顺时钟)不同的排法才
算不同的排列,而顺序相同(即旋转一下就可以重合)的排法认为是相同
的,它与普通排列的区别在于只计顺
序而首位、末位之分,下列
n
个普通排列: a
1
,a
2
,a
3
,a
n
;a
2
,a
3
,a
4
,,a
n
,;a
n,a
1
,,a
n1
在圆排列中只算一种,因为旋转后可以重合,故认为
相同,
n
个元
素的圆排列数有
n!
种.因此可将某个元素固定展成单
排,其它的
n1
元素全排列.
n
例16.有5对姐妹站成一圈,要求每对姐妹相邻,有多少种不同站法?
17.可重复的排列求幂法:允许重复排列问题的特点是以元素为研究
对象,元素不受位置的约束,可逐一安排元
素的位置,一般地
n
个不同元素排在
m
个不同位置的排列数有
m
种方法.
例17.把6名实习生分配到7个车间实习共有多少种不同方法?
第
2 页 共 7 页
n
18.复杂排列组合问题构造模型法: <
br>例18.马路上有编号为1,2,3…,9九只路灯,现要关掉其中的三盏,但不能关掉相邻的二盏或三盏
,也不能
关掉两端的两盏,求满足条件的关灯方案有多少种?
19.元素个数较少的排列组合问题可以考虑枚举法:
例19.设有编号为1,2,3,4,
5的五个球和编号为1,2,3,4,5的盒子现将这5个球投入5个盒子要求每个
盒子放一个球,并且
恰好有两个球的号码与盒子号码相同,问有多少种不同的方法?
20.复杂的排列组合问题也可用分解与合成法:
例20.(1)30030能被多少个不同偶数整除?
(2)正方体8个顶点可连成多少队异面直线?
21.利用对应思想转化法:对应思想是教材中渗透的一种重要的解题方法,它可以将复杂的问题转化为简单问题
处理.
例21.(1)圆周上有10点,以这些点为端点的弦相交于圆内的交点有多少个?
(2)某城市的街区有12个全等的矩形组成,其中实线表示马路,从A到B的最短路径有多少种?
22.全错位排列问题公式法:全错位排列问题(贺卡问题,信封问题)记住公式即可
瑞士数学家欧拉按一般情况给出了一个递推公式: 用A、B、C……表示写着n位友人名字的信
封,a、b、c……
表示n份相应的写好的信纸。把错装的总数为记作f(n)。假设把a错装进B里了
,包含着这个错误的一切错装法
分两类:
(1)b装入A里,这时每种错装的其余部分都与A、B、a、b无关,应有f(n-2)种错装法。
(2)b装入A、B之外的一个信封,这时的装信工作实际是把(除a之外的) 份信纸b、c……装
入(除B以
外的)n-1个信封A、C……,显然这时装错的方法有f(n-1)种。
总之在
a装入B的错误之下,共有错装法f(n-2)+f(n-1)种。a装入C,装入D……的n-2种错误之下,
同样
都有f(n-2)+f(n-1)种错装法,因此:
得到一个递推公式:
f(n)=(n-1) {f(n-1)+f(n-2)},分别带入n=2、3、4等可推得结果。
也可用迭代法推导出一般公式:
f(n)n!(1
排列组合问题经典题型与通用方法
解析版
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1111
(1)
n
)
1!2!3
!n!
1.相邻问题捆绑法:题目中规定相邻的几个元素捆绑成一个组,当作一个大元素
参与排列.
例1.
A,B,C,D,E
五人并排站成一排,如果
A,B必须相邻且
B
在
A
的右边,则不同的排法有( )
A、60种 B、48种 C、36种 D、24种
4
解析:把A,B
视为一人,且
B
固定在
A
的右边,则本题相当于4人的全
排列,
A
4
24
种,
答案:
D
.
2
.相离问题插空排:元素相离(即不相邻)问题,可先把无位置要求的几个元素全排列,再把规定的相离的几个<
br>元素插入上述几个元素的空位和两端.
例2.七人并排站成一行,如果甲乙两个必须不相邻,那么不同的排法种数是( )
A、1440种 B、3600种 C、4820种 D、4800种
52
5
2
解析:除甲乙外,其余5个排列数为
A
5
种,再用甲乙去插6个空位有A
6
种,不同的排法种数是
A
5
A
6
360
0
种,
选
B
.
3.定序问题缩倍法:在排列问题中限制某几个元素必须保持一定的顺序,可用缩小倍数的方法. 例3.
A,B,C,D,E
五人并排站成一排,如果
B
必须站在
A
的右边(
A,B
可以不相邻)那么不同的排法有( )
A、24种
B、60种 C、90种 D、120种
解析:
B
在
A
的右边与
B
在
A
的左边排法数相同,所以题设的排法只是5个元素全排列数的
一半,即
1
5
A
5
60
2
种,选
B.
4.标号排位问题分步法:把元素排到指定位置上,可先把某个元素按规定排入,第二步再排另
一个元素,如此继
续下去,依次即可完成.
例4.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,则每个方格的标号与所填数
字均不相同的填法有( )
A、6种 B、9种 C、11种 D、23种
解析:先把1
填入方格中,符合条件的有3种方法,第二步把被填入方格的对应数字填入其它三个方格,又有三
种方法
;第三步填余下的两个数字,只有一种填法,共有3×3×1=9种填法,选
B
.
5.有序分配问题逐分法:有序分配问题指把元素分成若干组,可用逐步下量分组法.
例5.
(1)有甲乙丙三项任务,甲需2人承担,乙丙各需一人承担,从10人中选出4人承担这三项任务,不
同的选法种数是( )
A、1260种 B、2025种 C、2520种
D、5040种
解析:先从10人中选出2人承担甲项任务,再从剩下的8人中选1人承担乙项任务,
第三步从另外的7人中选
211
1人承担丙项任务,不同的选法共有
C
10<
br>C
8
C
7
2520
种,
选
C
.
(2)12名同学分别到三个不同的路口进行流量的调查,若每个路口4人,则不同的分配方案有(
)
A、
44
C
12
C
8
4
C
4
44
3C
12
C
8
4
C
4
种
B、种
44
C
12
C
8
4
C
4
43
3
C
12
C
8
4
A
3<
br>A
3
C、种 D、种
答案:
A
.
6.全员分配问题分组法:
例6.(1)4名优秀学生全部保送到3所学校去,每所学校至少去一名,则不同的保送方案有多少种?
2323
解析:把四名学生分成3组有
C
4
种方法,再把三组学生分
配到三所学校有
A
3
种,故共有
C
4
A
3
36
种方法.
说明:分配的元素多于对象且每一对象都有元素分配时常用先分组再分配.
(2)5本不同的书,全部分给4个学生,每个学生至少一本,不同的分法种数为( )
A、480种 B、240种 C、120种 D、96种
答案:
B
.
7.名额分配问题隔板法:
例7:10个三好学生名额分到7个班级,每个班级至少一个名额,有多少种不同分配方案?
第 4 页 共 7 页
解析:10个名额分到7个班级,就是把10个名额
看成10个相同的小球分成7堆,每堆至少一个,可以在10个
6
小球的9个空位中插入6块木
板,每一种插法对应着一种分配方案,故共有不同的分配方案为
C
9
84
种
.
8.限制条件的分配问题分类法:
例8.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,其中甲同学不到
银川,乙不到西宁,共有多少种不同派遣方案
?
解析: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
A
8
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
A
8
33
43
方法,所以共有
3A
8
;③若乙参加而甲不参加同理也有
3A
8
种;④若甲乙都参加,则先安排甲
乙,有7种方法,
22
然后再安排其余8人到另外两个城市有
A
8
种
,共有
7A
8
方法.所以共有不同的派遣方法总数为
33
A
8
4
3A
8
3A
8
7A
8
2
4088
种.
9.多元问题分类法:元素多,取出的情况也多种,可按结果要求分成不相
容的几类情况分别计数,最后总计.
例9(1)由数字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种 B、300种
C、464种 D、600种
解析:按题意,个位数字只可能是0,1,2,3,4共5
种情况,分别有
A
5
个,
A
4
A
3
A3
,A
3
A
3
A
3
,A
2
A
3
A
3
,A
3
A
3
个,
5
合并总计300个,选
B
.
(2)从1,2,3…,100这100个
数中,任取两个数,使它们的乘积能被7整除,这两个数的取法(不计顺
序)共有多少种?
解
析:被取的两个数中至少有一个能被7整除时,他们的乘积就能被7整除,将这100个数组成的集合视为全集<
br>I,能被7整除的数的集合记做
A
7,14,21,98
共有14个元素,不能被7整除的数组成的集合记做
A
1,2,3,4,
2
由此可知,从
A
中任取2个元素的取法有
C
14
,从<
br>A
中任取一个,又从
A
,100
共有86个元素;
211
11
中任取一个共有
C
14
C
86
,两种情
形共符合要求的取法有
C
14
C
14
C
86
1
295
种.
(3)从1,2,3,…,100这100个数中任取两个数,使其和能被4整除
的取法(不计顺序)有多少种?
解析:将
I
1,2,3
数集<
br>B
1,5,9,
,100
分成四个不相交的子集,能被
4整除的数集
A
4,8,12,100
;能被4除余1的97
,能被4除余2的数集
C
2,6,,98
,能被4除余3的数集
D
3,7,11,99
,易<
br>见这四个集合中每一个有25个元素;从
A
中任取两个数符合要;从
B,D中各取一个数也符合要求;从
C
中任
2112
取两个数也符合要求;此外
其它取法都不符合要求;所以符合要求的取法共有
C
25
C
25
C
25
C
25
种.
10.交叉问题集合法:某些排列组合问题几部
分之间有交集,可用集合中求元素个数公式
n(AB)n(A)n(B)n(AB)
例10.从6名运动员中选出4人参加4×100米接力赛,如果甲不跑第一棒,乙不跑第四棒,共有多
少种不同
的参赛方案?
解析:设全集={6人中任取4人参赛的排列},A={甲跑第一棒的
排列},B={乙跑第四棒的排列},根据求集合
元素个数的公式得参赛方法共有:
n(I)
n(A)n(B)n(AB)
A
6
4
A
5
3<
br>A
5
3
A
4
2
252
种.
11.定位问题优先法:某个或几个元素要排在指定位置,可先排这个或几个元素;再排其它的元素。
例11.现1名老师和4名获奖同学排成一排照相留念,若老师不站两端则有不同的排法有多少种? <
br>1414
解析:老师在中间三个位置上选一个有
A
3
种,4名同学在其
余4个位置上有
A
4
种方法;所以共有
A
3
A
4<
br>72
种。.
12.多排问题单排法:把元素排成几排的问题可归结为一排考虑,再分段处理。
例12.(1)6个不同的元素排成前后两排,每排3个元素,那么不同的排法种数是( )
A、36种 B、120种 C、720种 D、1440种
6
解
析:前后两排可看成一排的两段,因此本题可看成6个不同的元素排成一排,共
A
6
720
种,选
C
.
(2)8个不同的元素排成前后两排,每排4个元素,其
中某2个元素要排在前排,某1个元素排在后排,有
多少种不同排法?
解析:看成一排,某2
个元素在前半段四个位置中选排2个,有
A
4
种,某1个元素排在后半段的四个位置中
选
125
15
一个有
A
4
种,其余5个元素任排5个位置上
有
A
5
种,故共有
A
4
A
4
A
5
5760
种排法.
2
第 5 页 共 7 页
13.“至少”“至多”问题用间接排除法或分类法:
例13.从4台甲型和5台乙型电视机中任取3台,其中至少要甲型和乙
型电视机各一台,则不同的取法共有
( )
A、140种 B、80种
C、70种 D、35种
解析1:逆向思考,至少各一台的反面就是分别只取一种型号,不取另
一种型号的电视机,故不同的取法共有
333
C
9
C
4
C
5
70
种,选.
C
解析2:至少要甲型和乙 型电视
机各一台可分两种情况:甲型1台乙型2台;甲型2台乙型1台;故不同的取
2112
法有C
5
C
4
C
5
C
4
70
台,选
C
.
14.选排问题先取后排:从几类元素中取出符合题意的几个元素,再安
排到一定的位置上,可用先取后排法.
例14.(1)四个不同球放入编号为1,2,3,4的四个盒中,则恰有一个空盒的放法有多少种?
解析:先取四个球中二个为一组,另二组各一个球的方法有
C
4
种,再排:在
四个盒中每次排3个有
A
4
种,故共
23
有
C
4<
br>A
4
144
种.
23
(2)9名乒乓球运动员,其中男5
名,女4名,现在要进行混合双打训练,有多少种不同的分组方法?
2222
解析:先取男女
运动员各2名,有
C
5
C
4
种,这四名运动员混和双打练习有
A
2
中排法,故共有
C
5
C
4
A
2120
种.
22
15.部分合条件问题排除法:在选取的总数中,
只有一部分合条件,可以从总数中减去不符合条件数,即为所求.
例15.(1)以正方体的顶点为顶点的四面体共有( )
A、70种
B、64种 C、58种 D、52种
解析:正方体8个顶点从中每次取四点,理论
上可构成
C
8
四面体,但6个表面和6个对角面的四个顶点共面都
4
不能构成四面体,所以四面体实际共有
C
8
1258
个.
4
(2)四面体的顶点和各棱中点共10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
解析:10个点
中任取4个点共有
C
10
种,其中四点共面的有三种情况:①在四面体的四个面上,每
面内四点共面
的情况为
C
6
,四个面共有
4C
6
个
;②过空间四边形各边中点的平行四边形共3个;③过棱上三点与对棱中点的
44
三角形共6个
.所以四点不共面的情况的种数是
C
10
4C
6
36141
种.
4
44
16.圆排问题单排法:把
n
个不
同元素放在圆周
n
个无编号位置上的排列,顺序(例如按顺时钟)不同的排法才
算不同
的排列,而顺序相同(即旋转一下就可以重合)的排法认为是相同的,它与普通排列的区别在于只计顺
序
而首位、末位之分,下列
n
个普通排列:
a
1
,a
2,a
3
,a
n
;a
2
,a
3
,a4
,,a
n
,;a
n
,a
1
,,a
n
1
在圆排列中只算一种,因为旋转后可以重合,故认为相同,
n
个元
素的圆
排列数有
n!
种.因此可将某个元素固定展成单排,其它的
n1
元素全排列
.
n
4
例16.有5对姐妹站成一圈,要求每对姐妹相邻,有多少种不同站法? <
br>解析:首先可让5位姐姐站成一圈,属圆排列有
A
4
种,然后在让插入其间,每
位均可插入其姐姐的左边和右边,
有2种方式,故不同的安排方式
242768
种
不同站法.
说明:从
n
个不同元素中取出
m
个元素作圆形排列共有
5
1
m
A
n
种不同排法.
m
n
17.可重复的排列求幂法:允许重复排列问题的特点是以元素为研究对象,元素不受位置的约束,可逐
一安排元
素的位置,一般地
n
个不同元素排在
m
个不同位置的排列数
有
m
种方法.
例17.把6名实习生分配到7个车间实习共有多少种不同方法? <
br>解析:完成此事共分6步,第一步;将第一名实习生分配到车间有7种不同方案,第二步:将第二名实习生
分配
到车间也有7种不同方案,依次类推,由分步计数原理知共有
7
种不同方案.
18.复杂排列组合问题构造模型法:
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6
p>
例18.马路上有编号为1,2,3…,9九只路灯,现要关掉其中的三盏,但不能关掉相邻
的二盏或三盏,也不
能关掉两端的两盏,求满足条件的关灯方案有多少种?
解析:把此问题当
作一个排对模型,在6盏亮灯的5个空隙中插入3盏不亮的灯
C
5
种方法,所以满足条
件的关灯
方案有10种.
说明:一些不易理解的排列组合题,如果能转化为熟悉的模型如填空
模型,排队模型,装盒模型可使问题容易解
决.
19.元素个数较少的排列组合问题可以考虑枚举法:
例19.设有编号为1,2,3,4,
5的五个球和编号为1,2,3,4,5的盒子现将这5个球投入5个盒子要求
每个盒子放一个球,并且
恰好有两个球的号码与盒子号码相同,问有多少种不同的方法?
解析:从5个球中取出2个与盒子对号
有
C
5
种,还剩下3个球与3个盒子序号不能对应,利用枚举法分析,如
果剩
下3,4,5号球与3,4,5号盒子时,3号球不能装入3号盒子,当3号球装入4号盒子时,4,5号球只有
1种装法,3号球装入5号盒子时,4,5号球也只有1种装法,所以剩下三球只有2种装法,因此总共
装法数为
2
3
2C
5
2
20
种.
20.复杂的排列组合问题也可用分解与合成法:
例20.(1)30030能被多少个不同偶数整除?
解析:先把30030分解成质因数的
形式:30030=2×3×5×7×11×13;依题意偶因数2必取,3,5,7,11,13
这5
个因数中任取若干个组成成积,所有的偶因数为
135
C
5
0
C
5
C
5
2
C
5
C
5
4C
5
32
个.
(2)正方体8个顶点可连成多少队异面直线?
解析:因为四面体中仅有3对异面直线,可将
问题分解成正方体的8个顶点可构成多少个不同的四面体,从正方
4
体8个顶点中任取四个顶点
构成的四面体有
C
8
1258
个,所以8个顶点可连成的异面直线有3×
58=174对.
21.利用对应思想转化法:对应思想是教材中渗
透的一种重要的解题方法,它可以将复杂的问题转化为简单问题
处理.
例21.(1)圆周上有10点,以这些点为端点的弦相交于圆内的交点有多少个?
解析:因
为圆的一个内接四边形的两条对角线相交于圆内一点,一个圆的内接四边形就对应着两条弦相交于圆内
的
一个交点,于是问题就转化为圆周上的10个点可以确定多少个不同的四边形,显然有
C
10<
br>个,所以圆周上有
10点,以这些点为端点的弦相交于圆内的交点有
C
10个.
(2)某城市的街区有12个全等的矩形组成,其中实线表示马路,从
A
到
B
的最短路径有多少种?
4
4
解析:可将图中矩形的一
边叫一小段,从
A
到
B
最短路线必须走7小段,其中:向东4段,向北3段;
而且
前一段的尾接后一段的首,所以只要确定向东走过4段的走法,便能确定路径,因此不同走法有C
7
种.
4
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