隔板法”解决排列组合问题

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2021年01月10日 14:48
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2021年1月10日发(作者:元弘)


“隔板法”解决排列组合问题
(高二、高三)


排列组合 计数问题,背景各异,方法灵活,能力要求高,对于相同元素有序分组问题,采用“隔板法”
可起到简化 解题的功效。对于不同元素只涉及名额分配问题也可以借助隔板法来求解,下面通过典型例子加以
解决。
例1、(1)12个相同的小球放入编号为1,2,3,4的盒子中,问每个盒子中至少有一个小球的不 同放法
有多少种?
(2)12个相同的小球放入编号为1,2,3,4的盒子中,问不同放法有多少种?
(3) 12个相同的小球放入编号为1,2,3,4的盒子中要求每个盒子中,要求每个盒子中的小球个数不小
于其编号数,问不同的方法有多少种?
解:(1)将12个小球排成一排,中间有11个间隔,在这1 1个间隔中选出3个,放上“隔板”,若把
“1”,这样每一种隔板的插法,就对应了球的一种放法,即 每一种从11个间隔中选出3个间隔的组合对应
于一种放法,所以不同的放法有
C
11
=165种。
(2)法1:(分类)①装入一个盒子有
C
4
4< br>种;②装入两个盒子,即12个相同的小球装入两个不同的
盒子,每盒至少装一个有
C< br>4
C
11
66
种;③装入三个盒子,即12个相同的小球装入三个不 同的盒子,每盒至
少装一个有
C
4
C
11
=220种;④装 入四个盒子,即12个相同的小球装入四个不同的盒子,每盒至少装一个有
3
C
11< br>165
种;由加法原理得共有4+66+220+165=455种。
32
21
1
3
法2:先给每个小盒装入一个球,题目中给定的12个小球任意装,即16个 小球装入4个不同的盒子,每盒
至少装一个的装法有
C
15
455
种。
(3)法1:先给每个盒子装上与其编号数相同的小球,还剩2个小球,则这两个小球可以装在1 个盒子或
两个盒子,共有
C
4
C
4
10
种。
法2:先给每个盒子装上比编号小1的小球,还剩6个小球,则转化为将6个相同的小球装入4个不同的 盒
子,每盒至少装一个,由隔板法有
C
5
10

由上面的例题可以看出法2要比法1简单,即此类问题都可以转化为至少分一个的问题。
例2 、(1)方程
x
1
x
2
x
3
x
4< br>10
的正整数解有多少组?
(2) 方程
x
1
x
2
x
3
x
4
10
的非负整数解有多少组?
(3)方程
2x
1
x
2
x
3
Lx
10
3
的非负整数整数解有多少组?
3
12
3


解:(1)转化为10个相同的小球装入4个不同的盒子,每盒至少装一个,有
C
9< br>84
种,所以该方程有
84组正整数解。
(2)转化为10个相同的小球装 入4个不同的盒子,可以有空盒,先给每个小盒装一个,进而转化为14个
相同的小球装入4个不同的盒 子,每盒至少装一个,有
C
13
286
种,所以该方程有286组非负整数 整数解。
(3)当
x
1
0
时,转化为3个相同的小球装入9个不 同的盒子,可以有空盒,有
C
11
165
种。当
x
11
时,
转化为1个小球装入9个不同的盒子,可以有空盒,有
C
9=9种;所以该方程有165+9=174组非负整数整数解。
例3、已知集合
1
3
3
3



,选择 < br>
的两个非空子集
A,B
,且
A
中最大的元素比
B< br>中最小的元素小,
则选择方法有多少种?
解:由题意知
A,B
的交集 是空集,且
A,B
的并集是

的子集
C
,所以
C< br>至少含有两个元素,将
C
中元素按
从小到大的顺序排列,然后分为两部分,前边 的给
A
,后边的给
B

A,B
至少含有1个元素,设
C
中有
n

1
元素,则转化为
n
个相同的小球装 入2个不同的盒子,则有
C
n
种装法,故本题有
31151
C5
2
C
5
C
2
C
5
4
C
3
C
5
C
4
49
种选择方法。
总之 ,凡是处理与“相同元素有序分组”模型时,我们都可采用“隔板法”。若每组元素数目至少一个
时,可 用插“隔板”,若出现每组元素数目为0个时,向每组元素数目至少一个的模型转化,然后用“隔板”
法 加以解决。

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