高中数学 第一章 计数原理 3 组合素材 北师大版选修

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1、从不放松对“三个代表”等党和国家政治方针的学习,每天收看听闻,关心国家大事,积极参加党组织的各种活动,在工作一年后,荣誉地为由一名中国共产党预备党员成为正式党员,实现了我多年的愿望3 组合自主整理1.一般地,从n个不同的元素中,_,叫作从n个不同元素中取出m个元素的一个组合,我们把有关求_问题叫作组合问题.2.我们把_,叫作从n个不同元素中取出m个元素的组合数,用符号_表示.3.一般地,考虑C与A的关系:把“从n个不同的元素中选出m(mn)个元素进行排列”这件事,分两步进行:第一步:从n个不同元素中取出m个元素,一共有_种取法.第二步:_一共有A种排法.根据_原理,我们得到“从n个不同元素中选

2、出m(mn)个元素进行排列”一共有_种排法.即有A=_.4.C=_=_=_,规定:C=_.5.组合数的性质:性质1:_.性质2:_.高手笔记1.使用组合数公式时,要注意C中m为非负整数,nN+,mn等限制条件.2.排列与组合的定义中相同的语句是“从n个不同的元素中,任取m(mn)个元素”.定义中不同的语句是:排列的定义中“按着一定的顺序排成一列”;组合的定义中“并成一组”.3.排列与组合的共同点,就是都要“从n个不同元素中,任取m个元素”,而不同点就是前者要“按照一定的顺序排成一列”,而后者却是“不论怎样的顺序并成一组”.因此,“有序”与“无序”是区别排列与组合的重要标志.如,从A、B、C三个

3、元素中,任意取出两个元素的所有排列为:AB,BA,AC,CA,BC,CB;所有组合为:AB,AC,BC.在排列的意义下,AB与BA、AC与CA、BC与CB不同,而在组合的意义下,AB与BA、AC与CA、BC与CB相同.4.公式A=CA表明从n个不同的元素中,任取m(mn)个元素的排列数的计算可分为两步:求C;再对取出的m个元素进行全排列.因此,从n个不同的元素中,任取m(mn)个元素的一个组合,是相应的所有排列中的1个.如从A、B、C中取出A、B的排列为AB、BA,组合AB(或BA)是其中的1个.5.公式C=其形式上的特点是:分子是连续m个自然数之积,最大的数为n,最小的数是(n-m+1);分

4、母是m!.名师解惑1.如何区别组合与组合数?剖析:“组合数”与“一个组合”是两个不同的概念,“一个组合”是指“从n个不同元素中,任取m(mn)个元素并成一组”,它不是一个数,而是具体的形式;“组合数”是指“从n个不同元素中取出m(mn)个元素的所有组合的个数”,它是一个数.如,从A、B、C中任取两个元素的所有组合为:AB、AC、BC,它是具体的形式“AB、AC、BC”;而其组合数是具体的数,AB、AC、BC都算作1,1+1+1=3,即C=3.2.如何理解组合数的两个性质?剖析:(1)对C=C的理解:这个性质可以由组合数的定义给出,从n个不同元素中取出m个元素后,剩下n-m个元素,也就是说,从n

5、个不同元素中取出m个元素的每一个组合,都对应于从n个不同元素中取n-m个元素的唯一的一个组合,反过来也如此,因此有C=C.(2)对C的理解:把n+1个元素分为不含某元素a和含某元素a两类.不含a这一类,从n+1个元素中取m个元素的组合,相当于从n个元素中取m个元素的组合,组合数为C;含a的这一类,a必被取出,从n+1个元素中取m个元素的组合,相当于从其余的n个元素中取m-1个元素的组合,组合数为C.根据加法原理,有C=C+C.3.解答组合问题时的解题策略是什么?剖析:解答组合应用题的总体思路为:(1)整体分类,对事件进行整体分类,从集合的意义讲,分类要做到各类的并集等于全集,以保证分类的不遗漏

6、,任意两类的交集等于空集,以保证分类的不重复,计算结果时使用加法原理.(2)局部分步,整体分类以后,对每一类进行局部分步,分步要做到步骤连续,以保证分步的不遗漏,同时步骤要独立,以保证分步的不重复,计算每一类的相应结果时,使用乘法原理.(3)考察顺序,区别排列与组合的重要标志是“有序”与“无序”,无序的问题,用组合解答,有序的问题属排列问题.(4)辩证地看待“元素”与“位置”.排列、组合问题中的元素与位置,没有严格的界定标准,哪些事物看成元素或位置,要视具体情况而定.有时“元素选位置”,问题解决得简捷;有时“位置选元素”效果会更好.讲练互动【例1】证明:C+C+C=C.分析:本题运用公式C=C

7、+C写出m+1个等式,然后把这些等式两边分别相加,等式两边相同的项消去后即得结论.证明:C=CCCCC把以上m+1个式子相加,即得C+C+C=C.绿色通道:利用性质C+C=C证明等式时,要先将第一项C变成C,然后与第二项+结合利用组合性质,依次求和可得右端.变式训练1.证明:C+3C.证明:左边=(C+C)+2(C+C)+(C+)=C+2C+C=(C+C)+(C+C)=C+C=C=右边.等式成立.【例2】从4台甲型和5台乙型电视机中任意取出3台,其中至少要有甲型与乙型电视机各1台,则不同的取法共有多少种?分析:取出的3台电视机中要求至少有甲型与乙型各1台,它包括两种可能:2台甲型与1台乙型、1

8、台甲型与2台乙型,所以可用分类加法计数原理和分步乘法计数原理解决.另外,也可以采用间接法.解法一:从4台甲型电视机中取2台且从5台乙型电视机中取1台有CC种取法;从4台甲型电视机中取1台且从5台乙型电视机中取2台有CC种取法,所以取出的3台电视机中至少要有甲型与乙型各1台的取法共有CC+CC=70种.故应选C.解法二:从所有的9台电视机中取3台有C种取法,其中全部为甲型的有C种取法,全部为乙型的有C种取法,则至少有甲型与乙型各1台的取法有C-C-C=70种.黑色陷阱:解决这类问题最容易出现的错误就是产生重复,比如首先从4台甲型电视机与5台乙型电视机中各取1台,有CC种取法,再在剩下的7台电视机

9、中任取1台,有C种取法,所以不同的取法共有CCC=140种,这种看起来很不错的解法实际上是错误的,因为它产生了重复.避免产生重复的方法就是进行“先分类后分步”.变式训练2.一份考卷有10道考题,分为A、B两组,每组5题,要求考生选答6题,但每组最多选4题,问考生有几种选答方法?解:有3种选题方案:A组选4题、B组选2题;A组选2题、B组选4题及A、B组各选3题,故选答方法有2CC+(C)2=200种.【例3】200件产品中有5件是次品,现从中任意抽取4件,按下列条件,各有多少种不同的抽法(只要求列式)?(1)都不是次品;(2)至少有1件次品;(3)不都是次品.分析:第(1)题与顺序无关,都不是

10、次品,即全部是正品,正品有195件;第(2)题与顺序无关,至少有1件次品,即有1件次品,2件次品,3件次品,4件次品四类情况,可用直接法解答,也可用间接法解答;第(3)题与顺序无关,不都是次品,即至少有1件是正品.解:(1)都不是次品,即全部为正品,有C种.(2)至少有1件次品,包括1件,2件,3件,4件次品的情况.共有CC+CC+CC+C种或C-C种.(3)不都是次品,即至少有1件正品,共有CC+CC+CC+C种或C-C种.绿色通道:解决“至多”或“至少”问题,通常采用直接分类法(简称直接法)和整体排异法(简称间接法)求解.当直接分类讨论的情形较多时,使用整体排异法较简便.变式训练3.从8名

11、男同学和4名女同学中选出5人组成青年志愿队,按要求各有多少种选法?(1)至少有一名女同学参加;(2)至多有两名女同学参加;(3)男女同学各至少有两名参加.解:(1)法一:“至少有一名”可分为4种情况:1名,2名,3名,4名女同学参加,而题设要求选出5人,因此其余名额不足部分应由男生填补,故至少有一名女同学参加共有N=CC+CC+CC+CC=736种不同选法.法二:在整体组合C中去掉不满足题设要求的组合,即N=C-C=736种不同选法.(2)法一:直接分类求解.共有N=C+CC+CC=672种不同选法.法二:整体排异求解. 共有N=C-CC-CC=672种不同选法.(3)可分两类:一类是2男3女

12、,共有CC种不同选法;另一类是3男2女,共有CC种不同选法.根据分类加法计数原理,得符合条件的选法共有CC+CC=448种.【例4】6本不同的书分成3堆,每堆2本,共有多少种分法?分析:6本书平均分给甲、乙、丙三人的问题可分为两步来解决,先把这6本书分成3堆,每堆2本,再把分好的3堆给甲、乙、丙三人.解:6本书平均分给甲、乙、丙三人的方法共有CC=156=90种. 设6本书平均分成3堆的方法有x种,再将这3堆分给甲、乙、丙3人有A种方法,故Ax=90,解得x=15.即共有15种分法.绿色通道:均匀有序分组的一般结论:n个元素分成有序的m组,每组r个元素,则分法总数为CC(其中mr=n).均匀无

13、序分组的一般结论:n个元素分成无序的m组,每组r个元素,则分法总数为(mr=n). 有序分组与无序分组的本质区别在于只分组,还是分组后再分配给别的不同对象.变式训练4.12个学生平均分成3组,参加制作航空模型的活动,3个教师各参加一组进行指导,问有多少种分组方法?解法一:将12个学生平均分配到3个固定的组(即组有序)中的方法有CCC种. 事实上并无组别的限制,故将12个学生平均分成3组的方法有种.3个教师按每组1人分配到各组中去有A种方法.由乘法原理,符合题意的分组方法有A=CC=49570=34 650种.解法二:3个教师代表甲、乙、丙3个组,先将12个学生选出4人分到甲组,有C种不同方法;

14、再将其余8个学生选4人分到乙组有C种不同方法.由乘法原理,符合题意的分组方法有CCC=34 650种.【例5】现有6本不同的书分给甲、乙、丙三人,(1)甲得1本,乙得2本,丙得3本,共有多少种不同的分法?(2)一人得1本,一人得2本,一人得3本,共有多少种不同的分法?(3)三人中的一人得4本,另外两人各得1本,共有多少种不同的分法?分析:(1)甲从6本中选1本,乙从剩下的5本中选2本,剩下的3本给丙.利用乘法原理.(2)本小题属不均匀分组且有顺序,分两步:分成三组,一组1本,一组2本,一组3本,共有CC种分组方法;再将不同的三组分给三个人,有A种分法.解:(1)CC=60种.(2)CCA=360种.(3)解法一:从6本书中选出4本给三人中的一人有种分法,剩下2本书给2个人,每人一本有A种分法,利用乘法原理,共有A=90种不同的分法.解法二:将6本书分成3组,一组4本,两组各1本,共有种不同分法;再把3组分给三个人,有A种分法,利用乘法原理,共有A=90种不同的分法.绿色通道:本例是分组问题的典型范例,解决分组问题应弄清以下几点:(1)分组对象是否明确;(2)是否平均分组;(3)是否局部平均分组;(4)分组时有无顺序关系.本例中(1)为非均匀分组且分组无顺序;应固定甲、乙、丙的本数;(2)为非均匀分组有顺序;(3)为局部均匀分组有顺序. 非均匀无序分组

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