排列组合知识归类

玛丽莲梦兔
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2021年01月10日 15:29
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打屁股作文800-小学五年级数学上册教学计划

2021年1月10日发(作者:相重扬)


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



排列数公式

应用




组合概念


组合

组合数公式
排列组合

二项式定理
组合数性质




通项公式



应用




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:

C
m
n
C
n
nm

m1

C
m
n
C
n1
C
n1
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

< p>
(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

(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.“
(ab)
n
”型的展开式
例1.求
(3x
1
x
)
的展开式;
4


解:原式=
(
=
=
1
x
2
4
3x1
x
1
x
2
)
=
4
0
( 3x1)
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
(81x84x54x12x1)

1 2
x

1
x
2
=
81x
2
84 x54

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. “
(ab)
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
a1

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
r1

C
10
(x)
10r
(
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

n1
n1
2
n
n1
n1
n1
2
n1

n为奇数时,
(ab)
n
的展开式的中间项是
C
n
2< br>a
n
n
b
n
2

C
n
2< br>ab
2


n
为偶数时,
(ab)
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
(x1)
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
k1

T
r< br>


T
k
T
k1
C
r1< br>8
.2
r1
,那么有
k1k2
k1k2< br>

C
8
.2

C
8
.2


k1k
k1k

C
8
.2
< br>
C
8
.2
8!8!

2


(k1)!.(9K)!(K2)!.(10K)!



8!8!

2

(K1)!.(9K)!K!(8K)!

2

1




K1K2

21


K

9K
解得
3k4
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;


的值
的值
2、已知
那么
分析 用特殊值法.



,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
(71)
C
10
7
010
3

19910
C
10
7C
10
7C
10< br>3

09189
7[C
10
7C
10
7C
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
(561)
55
,然后利用二项式定理展开.
解:
55
55< br>15
(561)
55
15

C
55
56
055
C
55
56
154
C
55< br>56C
55
15
5455

55
1514< 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

余数,故余数为
6
.∴应填:
6


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