隔板法在排列组合中的应用

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2021年01月10日 14:28
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2021年1月10日发(作者:于国良)


在排列组合中,对于将不可分辨的球装入到可以分辨的盒子中而求装入
方法数的问题,常 用隔板法。

例1. 求方程X+Y+Z=10的正整数解的个数。

[分析 ]将10个球排成一排,球与球之间形成9个空隙,将两个隔板
插入这些空隙中(每空至多插一块隔板) ,规定由隔板分成的左、中、
右三部分的球数分别为x、y、z之值(如下图)。则隔法与解的个数之< br>间建立了一一对立关系,故解的个数为C
9
2
=36(个)。实际运用隔板法< br>解题时,在确定球数、如何插隔板等问题上形成了一些技巧。下面举例
说明。

技巧一:添加球数用隔板法。

○ ○ ○∣○ ○ ○∣○ ○ ○ ○

例2. 求方程X+Y+Z=10的非负整数解的个数。
[分析]注意到x、y、z可以为零,故上题解法中的限定“每空至多插
一块隔板”就不成立了,怎 么办呢?只要添加三个球,给x、y、z各一
个球。这样原问题就转化为求X+Y+Z=13的正整数解 的个数了,故解的
个数为C
12
2
=66(个)。

[点评]本例通过添加球数,将问题转化为如例1中的典型隔板法问题。

技巧二:减少球数用隔板法:

例3. 将20个相同的小球放入编号分别为1,2, 3,4的四个盒子中,
要求每个盒子中的球数不少于它的编号数,求放法总数。

解法 1:先在编号1,2,3,4的四个盒子内分别放0,1,2,3个球,
剩下14个球,有1种方法;再 把剩下的球分成4组,每组至少1个,


由例1知方法有C
13
3
=286(种)。

解法2:第一步先在编号1,2,3,4的四个盒子内分别放1,2,3 ,4
个球,剩下10个球,有1种方法;第二步把剩下的10个相同的球放入
编号为1,2,3 ,4的盒子里,由例2知方法有C
13
3
=286(种)。

[点评]

两种解法均通过减少球数将问题转化为例1、例2中的典型问题。

技巧三:先后插入用隔板法。

例4. 为宣传党的十六大会议精神,一文艺团体下基 层宣传演出,准备
的节目表中原有4个歌舞节目,如果保持这些节目的相对顺序不变,拟
再添两 个小品节目,则不同的排列方法有多少种?

[分析]

记两个小品节目分别 为A、B。先排A节目。根据A节目前后的歌舞节
目数目考虑方法数,相当于把4个球分成两堆,由例2 知有C
5
1
种方法。
这一步完成后就有5个节目了。再考虑需加入的B节目前 后的节目数,
同理知有C
6
1
种方法。故由分步计数原理知,方法共有C5
1
* C
6
1
(种)。

[点评]

对本题所需插入的两个隔板采取先后依次插入的方法,使问题得到巧妙
解决。

解答排列组合问题,首先必须认真审题,明确是属于排列问题还是
组合问题,或者属于排列 与组合的混合问题,其次要抓住问题的本质特
征,灵活运用基本原理和公式进行分析,同时还要注意讲究 一些策略和
方法技巧。下面介绍几种常用的解题方法和策略。


解决排列组合问题有几种相对比较特殊的方法。下面通过例题逐个
掌握:

一、相邻问题---捆绑法 不邻问题---插空法

对于某几个元素不相邻的排列问题, 可先将其他元素排好,再将不
相邻元素在已排好的元素之间及两端空隙中插入即可。

【例题1】一张节目表上原有3个节目,如果保持这3个节目的相
对顺序不变,再添进去2个新节目,有 多少种安排方法?

A.20 B.12 C.6 D.4

【答案】A。

【解析】首先,从题中之3个节目固定,固有四个空。所以一、两
个新节目相邻的的时候:把它们捆在一起,看成一个节目,此时注意:
捆在一起的这两个节目本身也有顺 序,所以有:C(4,1)×2=4×2=8种方
法。二、两个节目不相邻的时候:此时将两个节目直接 插空有:A(4,
2)=12种方法。综上所述,共有12+8=20种。

二、插板法

一般解决相同元素分配问题,而且对被分成的元素限制很弱(一般< br>只要求不等于零),只对分成的份数有要求。

【例题2】把20台电脑分给18个村,要求每村至少分一台,共有
多少种分配方法?

A.190 B.171 C.153 D.19

【答案】B。

【解析】此题的想法即是插板思想:在20电脑内部所形成的19个
空中任意插入17个板 ,这样即把其分成18份,那么共有: C(19,


17)=C(19,2)=171 种。

三、特殊位置和特殊元素优先法

对有限制的排列组合问题中的特殊元素或特殊位置优先考虑。

【例题2】从6名运动员中 选4人参加4×100米接力,甲不跑第一
棒和第四棒的参赛方案各有多少种?

A.120 B.240 C.180 D.60

【答案】B。

【解析】方法一:特殊位置优先法:首先填充第一棒,第一棒共有
5个元素可供选择,其次第4棒则有4 个元素可以选择;然后第2棒则有
4个元素可以选择,第3棒则有3个元素可以选择。则共有5×4×4 ×3=240
种。

方法二:特殊元素优先法:首先考虑甲元素的位置

第一类,甲不参赛有A(5,4)=120种排法;

第二类,甲参赛,因只 有两个位置可供选择,故有2种排法;其余5
人占3个位置有A(5,3)=60种占法,故有2×60 =120种方案。

所以有120+120=240种参赛方案。

四、逆向考虑法

对于直接从正面算比较复杂的排列、组合题,我们就要学会间接的
方法。

正方体8个顶点中取出4个,可组成多少个四面体?

A.70 B.64 C.61 D.58

【答案】D。

【解析】所求问题的方法数=任意选四点的组合数- 共面四点的方法


数,共C(8,4)-12=70-12=58个。

五、分类法

解含有约束条件的排列组合问题,应按元素性质进行分类,按事情
发 生的连续过程分步,保证每步独立,达到分类标准明确,分步层次清
楚,不重不漏。

【例题3】五个人排成一排,其中甲不在排头,乙不在排尾,不同
的排法有

A.120种 B.96种 C.78种 D.72种

【答案】C。

【解析】由题意可先安排甲,并按其分类讨论:1)若甲在末尾,剩
下四人可自由排,有A (4,4) =24种排法;2)若甲在第二,三,四位上,
则有3×3×3×2×1=54种排法,由分类计数原理 ,排法共有24+54=78种,
选C

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