排列组合知识归类
打屁股作文800-小学五年级数学上册教学计划
排列、组合、二项式定理
1.掌握分类计数原理与分步计数原理、并能用它分析和解决一些简单的应用问题.
2.理解排列的意义,掌握排列数计算公式,并能用它解决一些简单的应用问题.
3.理解组
合的意义,掌握组合数计算公式和组合数性质,并能用它们解决一些简单的应用问
题.
4.掌握二项式定理和二项展开式的性质,并能用它们计算和证明一些简单的问题.
排列概念
排列
两
个
排列数公式
计
应用
数
原
组合概念
理
组合
组合数公式
排列组合
二项式定理
组合数性质
二
通项公式
项
式
应用
定
理
二项式系数性质
排列与组合高考重点考察学生
理解问题、综合运用分类计数原理和分步计数原理分析问题和
解决问题的能力及分类讨论思想.它是高中
数学中从内容到方法都比较独特的一个组成部分,
是进一步学习概率论的基础知识.由于这部分内容概念
性强,抽象性强,思维方法新颖,同
时解题过程中极易犯“重复”或“遗漏”的错误,而且结果数目较大
,无法一一检验,因此
学生要学好本节有一定的难度.解决该问题的关键是学习时要注意加深对概念的理
解,掌握
知识的内在联系和区别,严谨而周密地去思考分析问题.
二项式定理是进一步学习概
率论和数理统计的基础知识,高考重点考查展开式及通项,难度
与课本内容相当.另外利用二项式定理及
二项式系数的性质解决一些较简单而有趣的小题,
在高考中也时有出现.
第1课时
两个计数原理
1.分类计数原理(也称加法原理):做一件事情,完成它可以有n类办法,
在第一类办法中
有m1种不同的方法,在第二类办法中有m2种不同的方法,„„,在第n类办法中有m
n种不
同的方法,那么完成这件事共有N= 种不同的方法.
2.分步计数原理(也称乘法原理):做一件事情,完成它需要分成n个步骤,做第一步有m1
种不同的方法,做第二步有m2种不同的方法,„„,做n步有mn种不同的方法,那么完成
这件事共有
N= 种不同的方法.
第2课时 排
列
1.一般地说,从n个不同元素中,任取m(m≤n)个元素,按照一定的顺序排成一列
,叫做从
n个不同元素中取出m个元素的一个排列.
排列的定义包含两个基本
内容:一是“取出元素”;二是“按照一定顺序排列”.因此当元素
完全相同,并且元素的排列顺序也完
全相同时,才是同一个排列.
2.从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素的所有排列的个数,叫做从
个为不同元素中取出m
个元素的排列数,用符号Amn表示.排列数公式Amn=
.
这里m≤n,其中等式的右边是 个连续的自然数相乘,最大的是
,最小的
是 .
3.n个不同元素全部取出的一个排列,叫做n个不同元素的
一个全排列,全排列数用Ann表
示,它等于自然数从1到n的连乘积,自然数从1到n的连乘积叫做n
的阶乘,用 表
示.
第3课时 组 合
1.一般地
说,从n个不同元素中,任取m(m≤n)个元素并成一组,叫做从n个不同元素中取
出m个元素的一个
组合.
2.排列与组合的共同点,就是都要“从n个不同元素中,任取
个元素”,而不同点就是前者
要“按一定的顺序成一列”,而后者却是“不论怎样的顺序并成一组”.
从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素的所有组合的个数,叫做从n个不同元素中取出m个
元素的组合数,用符号Cmn表示.
组合数公式 = =
在求具体的组合数时,常用上面的公式,分子由连续 个自然数之积,最大的数为
,最小的
数是 ,分母是 ,如果进行抽象的证明时,一般常用下面的公式 =
,它的分子是 ,
分母是 与 的积.
3.组合数性质:
①
C
m
n
C
n
nm
m1
②
C
m
n
C
n1
C
n1
m
第4课时 二项式定理
1.(a+b)n=
(n∈N),这个公式称做二项式定理,右边的多项式叫做(a+b)n的
二项展开式,其中的系数
叫做二项式系数.式中的
叫做二项展开式的通项,
用Tm+1表示,即通项公式Tm+1=
是表示展开式的第m+1项.
2.二项式定理中,二项式系数的性质有:
①
在二项式展开式中,与首末两项“等距离”的两项二项式系数相等,即:
② 如果二项式的幂指数是偶
数,中间一项的二项式系数最大;如果二项式的幂指数是奇数,
中间两项的二项式系数相等并且最大,即
当n是偶数时,n+1是奇数,展开式共有n+1项,
中间一项,即:
第
项的二项式系数最大,为
;当n是奇数时,n+1是偶数,展开式共有n+1
项,中间两项,即第 项及每
项,它们的二项式系数最大,为
③ 二项式系数的和等于 ,即
④ 二项展开式中,偶数项系数和等于奇数项的系数和= 即
⑤
展开式中相邻两项的二项式系数的比是:
3.二项式定理主要有以下应用
①近似计算
②解决有关整除或求余数问题
③用二项式定理证明一些特殊的不等式和推导组合公式(其做法称为“赋值法”)
注意二项式定理只能解决一些与自然数有关的问题
④ 杨辉三角形
排列组合综合题
1.解排列组合题中常用的方法有直接法、间接法
、两个原理、元素位置分析法、捆绑法、插
空法、
枚举法、隔板法、对称法;常用的数学思想主要有分类讨论、思想转化、化归思想、
对应思想.
2.解排列组合综合题一般要遵循以下的两个原则(1)按元素性质进行分类(2)按事情发生的过
程
进行分步.
3.处理排列组合综合性问题时一般方法是先取(选)后排,但有时也可以边取(选)边排.
4.对于有多个约束条件的问题,先应该深入分析每个约束条件,再综合考虑如何分类或分步,
但对于综
合性较强的问题则需要交叉使用两个原理来解决问题.
1.特殊定位法(特殊优先)
特殊元素,优先处理;特殊位置,优先考虑
例题1:
1名老师和6名学生排成一排,要求老师不能站在两端,那么有多少种不同的
排法?
A.720 B.3600 C.4320
D.7200
解析:此题答案为B。此题中特殊元素是老师,特殊位置是两端,可优先考虑。
方法一:优先考虑特殊元素老师。
方法二:优先考虑特殊位置两端。
练习:六人站成一排,求
(1)甲、乙即不再排头也不在排尾数
(2)甲不在排头,乙不在排尾,且甲乙不相邻的排法数
分析:(1)按照先排出首位和末尾在排中间四位分步计数
第一类:排出首尾和末尾、因为甲
乙不再首尾和末尾、那么首尾和末尾实在其它四位数选
出两位进行排列、一共有p(4,2)=12种、
第二类:由于六个元素中已经有两位排在首尾和末尾、因此中间四位是吧剩下的四位元素
进行排
列,
共p(4,4)=24种
根据乘法原理得即不再排头也不在排尾数共12*24=28
8种在11名工人中,有2、5人只能
当钳工,4人只能当车工,另外2人能当钳工也能当车工。现从1
1人中选出4人当钳工,
4人当车工,问共有多少种不同的选法?
分析:采用加法原理首先要做到分类不重不漏,如何做到这一点?分类的标准必须前后统
一。
以两个全能的工人为分类的对象,考虑以他们当中有几个去当钳工为分类标准。
第一类:这两个人都去当钳工,有10种;
第二类:这两人有一个去当钳工,有100种;
第三类:这两人都不去当钳工,有75种。
因而共有185种。
(2)第一类:甲在排尾,乙在排头,有P(4,4)种方法。
第二类:甲在排尾,乙不在排头,有3XP(4,4)种方法。
第三类:乙在排头,甲不在排尾,有3XP(4,4)种方法。
第四类:甲不在排尾,乙不在排头,有P(4,2)XP(4,4)种方法排列组合 试3、有划船运动
员10人,其中3人只会划右舷,2人只会划左舷,其余5人左右舷均会划,现在从10人
中选
出6人平均分配到船的两舷划桨,有多少中选法?
解答:讨论:(1)当从只会划左舷中选0人时,选
法为;
C
2
C
5
C
5
033
(2)当从只会划左舷中选1人时,选法为:
(3)当从只会划左舷中选2人时,选法为:
所以共
C
2
C
5
C
5
C
2C
5
C
6
C
2
C
5
C
7< br>033123213
C
2
C
5
C
6
C
2
C
5
C
7
213
123
种选法,
2.反面考虑法
有些题目所给的特殊条件较多或者较为复杂,直接考虑需 要分许多类,而它的反面却往往只
有一种或者两种情况,此时我们先求出反面的情况,然后将总情况数减 去反面情况数就可以
了。
例题2: 从6名男生、5名女生中任选4人参加竞赛,要求男女至少各1名,有多少种不同
选法?
A.240 B.310 C.720 D.1080
解析:此题答案为B。从反面考虑,男女至少各1名的反面是只选男生或只选女生。
故所求为330-20=310种不同选法。
练习: 1. 三行三列共九个点,以这些点为顶点可组成多少个三角形?
2、正方体8个顶点中取出4个,可组成多少个四面体?
3.捆绑法
在排列问题中 ,如果题中要求两个或多个元素相邻时,可将这几个元素捆绑在一起,作为
一个整体进行考虑。
例题3: 6个人站成一排,要求甲、乙必须相邻,那么有多少种不同的排法?
A.280 B.120 C.240 D.360
4.插空法
在排列问题中,如果题中要求两个或多个元素不相邻时,可先将其余无限制的n个 元素进
行排列,再将不相邻的元素插入无限制元素之间及两端所形成的(n+1)个空中。
如 果所有元素完全相同,即为组合问题,则不需要进行排列,只需要将不相邻的元素插入空
中即可。
例题4: 6人站成一排,要求甲、乙必须不相邻,有多少种不同的排法?
A.240 B.480 C.360 D.720
由乘法原理,不同的排法共有24×20=480种。
练习;1、 某人射击8枪,命中4枪,恰好有三枪连续命中,有多少种不同的情况?
2、马路上有编号为l,2,3,„„,10 十个路灯,为节约用电又看清路面,可以把其中
的三只灯关掉,但不能同时关掉相邻的两只或三只,在两端的灯也不能关掉的情况下,求
满足条件的关灯 方法共有多少种?
5.隔板法
例题5: 将10台相同的电脑分配给5个村,每村至少一台,那么有多少种不同的分配方法?
A.126 B.320 C.3024 D.1024
练习.10个名额分配到八个班,每班至少一个名额,问有多少种不同的分配方法?
6.归一法
排列问题中,有些元素之间的排列顺序已经固定,这时候可以先将这些元素与其他 元素进
行排列,再除以这些元素的全排列数,即得到满足条件的排列数。
例题6: 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
解析:此题答案为A。添进去2个新节目后,共有5个节目,因此,此题相当于安排5个
节目,其中3个节目相对顺序确定,有多少种方法?
由于个节目相对顺序确定,可以直
接采用归一法。
所以,一共有120÷6=20种安排方法
练习;1、六人排成一排,要求甲在乙的前面,(不一定相邻),共有多少种不同的方法?
如果要求甲乙丙按从左到右依次排列呢?
2、5男4女排成一排,要求男生必须按从高到矮的顺序,共有多少种不同的方
法?
7.线排法
排列问题一般考查的是直线上的顺序排列,但是也会有一些在环形上的顺序排列。
与直线排
列问题相比,环形排列没有前后和首尾之分,此时我们只需要将其中一个元素列为队首,这样就可以把环形问题转为线形问题。
例题7:
某小组有四位男性和两位女性,六人围成一圈跳集体舞,不同的排列方法有多少种?
A.720
B.60 C.480 D.120
解
析:此题答案为D。本题考虑了次序,属于排列问题。但由于围成一圈,是没有首尾之分
的,所以可以将
其中一个人列为队首,对其余5个人的次序进行排列。
8.分组问题
例8.
6本不同的书
(1) 分给甲乙丙三人,每人两本,有多少种不同的分法?
(2)
分成三堆,每堆两本,有多少种不同的分法?
(3)
分成三堆,一堆一本,一堆两本,一堆三本,有多少种不同的分法?
(4)
甲一本,乙两本,丙三本,有多少种不同的分法?
(5)
分给甲乙丙三人,其中一人一本,一人两本,第三人三本,有多少种不同的分法?
分析:(1)有
中。
(2)即在(1)的基础上除去顺序,有 种。
(3)有 种
。由于这是不平均分组,因而不包含顺序。
(4)有
种。同(3),原因是甲,乙,丙持有量确定。
(5)有 种。
例9.
6人分乘两辆不同的车,每车最多乘4人,则不同的乘车方法为_______。
分析:(一)考虑先把6人分成2人和4人,3人和3人各两组。
第一类:平均分成3人一组,有种方法。
第二类:分成2人,4人各一组,有种方法。
(二)再考虑分别上两辆不同的车。
综合(一)(二),有种。
例10. 5名学
生分配到4个不同的科技小组参加活动,每个科技小组至少有一名学生参加,
则分配方法共有_____
___种.
分析:(一)先把5个学生分成二人,一人,一人,一人各一组。
其中涉及到平均分成四组,有C(4,3)=4种分组方法。
可以看成4个板三个板不空的隔板
法
(二)再考虑分配到四个不同的科技小组,有A(4,4)=24种,
由(一)(二)可知,共=96种。
9、其他问题
二项式定理题目
一、求二项展开式
1.“
(ab)
n
”型的展开式
例1.求
(3x
1
x
)
的展开式;
4
解:原式=
(
=
=
1
x
2
4
3x1
x
1
x
2
)
=
4
0
(
3x1)
x
4
4
2
1
[
C
4
(3x)
32
C
(3x)
4
3
C
2<
br>(3x)
4
2
C
3
(3x)
4
C
]
4
4
(81x84x54x12x1)
1
2
x
1
x
2
=
81x
2
84
x54
小结:这类题目一般为容易题目,高考一般不会考到,但是题目解决过程中的这种
“先
化简在展开”的思想在高考题目中会有体现的。
2.
“
(ab)
n
”型的展开式
例2.求
(3x
1
x
4
)
的展开式;
分析:解决此题,只需要把
(3x
1
x
4
)
改写成
[3x(
1
x
4
)]
的形式然后按照二项展开
式的格
式展开即可。本题主要考察了学生的“问题转化”能力。
二、通项公式的应用
1.确定二项式中的有关元素
例1.已知
(
x
a1
ax
2
)
的展开式中
x
3
的系数为
99
4
,常数
a
的值为
2.确定二项展开式的常数项
例2.
(x
1
3
x
)
展开式中的常数项是
10
6
210
所以常数项是
(1)
6
C
10
3.求单一二项式指定幂的系数
例3.
(x
2
1
2x
)
9
展
开式中
x
9
的系数是
21
2
4、求某一项的二项式系数或系数
例4.在的展开式中,
指出:1)第4项的二项式系数,
2)第4项的系数,
解:展开式的通项为展开式中的第r+1项.
1),二项式系数为
;
;
2)由1)知项的系数为
例2.若
常数项.
的展开式中,前三项的系数成等差数列,求展开式中的
分析:通项为,
∵前三项的系数为,且成等差,
∴
即
解得:n=8.
从而,要使Tr+1为有理项,则r能被4整除.
三、利用二项式定理的性质解题
1. 求中间项
例5.求(
x
1
3
10
x
)
的展开式的中间项;
解:
T
r1
C
10
(x)
10r
(
3
5
r<
br>1
x
),
展开式的中间项为
C
10
(x)
(
r
5
5
1
3
x
)
5
即:
252x
6
。
n1
n1
2
n
n1
n1
n1
2
n1
当
n为奇数时,
(ab)
n
的展开式的中间项是
C
n
2<
br>a
n
n
b
n
2
和
C
n
2<
br>ab
2
;
当
n
为偶数时,
(ab)
的展
开式的中间项是
C
n
2
a
2
b
2
。
2. 求系数最大或最小项
(1) 特殊的系数最大或最小问题
例
6.在二项式
(x1)
11
的展开式中,系数最小的项的系数是
C
11
(1)
5
462
5
(2)
的展开式奇数项的二项式系数之和为128,则展开式中二项式系数最大项
是 .
(2)、一般的系数最大或最小问题
例7.求
(x
1
2
4
x
8
)
展开式中系数最大的项;
解:记第
r
项
系数为
T
r
,设第
k
项系数最大,则有
T
k
T
k1
又
T
r<
br>
T
k
T
k1
C
r1<
br>8
.2
r1
,那么有
k1k2
k1k2<
br>
C
8
.2
C
8
.2
k1k
k1k
C
8
.2
<
br>
C
8
.2
8!8!
2
(k1)!.(9K)!(K2)!.(10K)!
即
8!8!
2
(K1)!.(9K)!K!(8K)!
2
1
K1K2
21
K
9K
解得
3k4,
5
7
系数最大的项为第3项
T
3
7x
2
和第4项
T
4
7x
2
。
例8.的展开式中系数最大的项为第_____项.
分析:展开式中项的系数不同于二项式系数,只能用数列的分析方法.
设第r+1项的系数最大,
则 解得:,
∴r=7,且此时上式两个等号都不能取得,
因而第8项系数最大.
(3)利用性质一
在的展开式中,若第3项与第6项系数相等,则
四、利用“赋值法”求部分项系数,二项式系数和
在用“赋值法”求值时,
要找准待求代数式与已知条件的联系,一般而言:
1,1,0
特殊值
在解题过程中考
虑的比较多
例9.已知
1)求a0,
2)求a1+a2+a3+a4+a5 3)求a1+a3+a5
分析:1)可以把(1-2x)5用二项式定理展开求解.
从另一个角度看,a0为x=0时右式的结果,因而令x=0,
∴ (1-0)5=a0,
∴a0=1.
2)令x=1, 则(1-2)5=a0+a1+a2+a3+a4+a5
又a0=1,∴ a1+a2+a3+a4+a5=-2.
3)令x=1,得a0+a1+a2+„„+a5=-1 (*)
令x=-1,
得35=a0-a1+a2-a3+a4-a5 (**)
因而,(a0+a2+a4)2-(a1+a3+a5)2
练习、1、 ,求
①展开式中各二项式系数的和;
②展开式中各项系数的和;
③
④
的值
的值
2、已知
那么
分析 用特殊值法.
令
令
∴
,得
,得,
,
,
.
小结:①求展开式的系数和只需令x=1可解; ② 赋值法也需合情合理的转化.
五、求余数问题
例10 填空:(1)
2
30
3
除以
7
的余数_____________;(2)
55
55
15<
br>除以
8
的余数是
________________.
分析(1):
将
2
30
分解成含
7
的因数,然后用二项式定理展开,不含
7
的项就是余数.
解:
2
30
3
(2
3
)
10
3
(8)
10
3
10
(71)
C
10
7
010
3
19910
C
10
7C
10
7C
10<
br>3
09189
7[C
10
7C
10
7C
10
]2
又∵余数不能为负数,需转化为正数
∴
2
30
3
除以
7
的余数为
5
∴应填:
5
分析(2):将
55
55
写成
(561)
55
,然后利用二项式定理展开.
解:
55
55<
br>15
(561)
55
15
C
55
56
055
C
55
56
154
C
55<
br>56C
55
15
5455
55
1514<
br>不能被
8
整除,容易看出该式只有
C
55
因此
55
55
15
除以
8
的余数,即
14
除以
8
的
余数,故余数为
6
.∴应填:
6
.