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【摘要】排列组合是高中数学的重点和难点,为后面的概率统计打基础。这类试题虽然在高考中所占比重不大,但试题都具有一定的灵活性和综合性,本文就排列组合问题常见题型的求解方法进行探讨。
【关键词】高考 排列组合 解题技巧
排列组合问题是高中数学的重要内容,又是衔接初等数学与高等数学的纽带,也是高考的必考内容。明确高考中排列组合与概率统计问题的命题特点,掌握其解题策略,对于在高考数学中取得优异成绩尤为重要。数学教学中,提高学生解排列组合题的有效途径是将一些常见题型进行方法归类,构建模型解题,这样有利于学生认识解题模式,进而熟练应用。
一、相邻问题捆绑法
所谓捆绑法,指在解决对于某几个元素要求相邻的问题时,先整体考虑,将相邻元素视作一个整体参与排序,然后再单独考虑这个整体内部各元素间的顺序。捆绑法一般都应用在不同物体的排序问题中。
例1 5个男生和3个女生排成一排,3个女生必须排在一起,有多少种不同排法? A.240 B.320 C.450 D.480 正确答是B。
解析:采用捆绑法把3个女生视为一个元素,与5个男生进行排列,共有 A(6,6)=6x5x4x3x2种,然后3个女生内部再进行排列,有A(3,3)=6种,两次是分步完成的,应采用乘法,所以排法共有:A(6,6) ×A(3,3) =320(种)。
二、不相邻问题插空法
对于要求某些元素不能相邻,其他元素将其隔开的问题,可以先把其他元素排好,再将要求不相邻的元素插入它们的间隙或两端的位置。
例2 七个人并排站成一行,如果要求甲、乙两个人必须不相邻,那么不同排法的种数是( )
A.1440种 B.3600种 C.4820种 D.4800种
分析:除甲、乙外,其余5个人的排列数为种,再用甲、乙去插6个空位有种,不同排法种数是3600种,故选B。
三、无差别问题隔板法
把无差别的元素分配到有差别的位置,常用隔板模型法。
例3 將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( )种。
分析:将12个小球排成一排,中间有11个间隔,在这11个间隔中选出3个,放上“隔板”,若记“|”看作隔板,则如图00 | 0000 | 0000 | 00隔板将一排球分成四块,从左到右可以看成四个盒子放入的球数,即上图中1,2,3,4四个盒子相应放入2个,4个,4个,2个小球,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165种。
四、定位问题优先法
对于有限制条件的排列问题,首先考虑受限制的元素(或位置),再考虑其余元素(或位置)。
例4 从6名志愿者中选出4人分别从事翻译、导游、导购、保洁四项不同的工作,若其中甲、乙两名志愿者都不能从事翻译工作,则不同的选派方案共有( ) A.280种B .96种 C.180种 D.240种 正确答案是D。
分析:由于甲、乙两名志愿者都不能从事翻译工作,所以翻译工作就是“特殊”位置,因此翻译工作从剩下的四名志愿者中任选一人有C(4,1)=4种不同的选法,再从其余的5人中任选3人从事导游、导购、保洁三项不同的工作有A(5,3)=10种不同的选法,所以不同的选派方案共有C(4,1)×A(5,3)=240种,所以选D。
五、定序问题缩倍法
在排列问题中限制某几个元素必须保持一定的顺序称为定序问题,这类问题可用缩小倍数的方法求解较为方便。
例5 A、B、C、D、E五个人并排站成一排,如果B必须站A的右边(A、B可不相邻),那么不同的排法种数有( ) A.24种 B.60种 C.90种 D.120种
分析:若不考虑限制条件,则有Ai种排法,而A、B之间排法有种,故B站A右边的排法只有一种符合条件,故符合条件的排法有60种,故选B。
六、交叉问题集合法
某些排列组合问题几部分之间有交集,可用集合中求元素个数公式n(AUB)=n(A)+n(B)-n(AnB)来求解。
例6 从6名运动员中选出4个参加4×100m接力赛,如果甲不跑第一棒,乙不跑第四棒,共有多少种不同参赛方法?
分析:设全集I={6人中任取4人参赛的排列},A={甲跑第一棒的排列},B={乙跑第四棒的排列},根据求集合元素个数的公式得参赛方法共有: n(I)-n(A)-n(B)+n(AnB)(种)。
七、“至多”“至少”问题分类、排杂法
关于“至多”“至少”类型的组合问题,可用分类的方法或排杂的方法。
例7 从5个学生中选三人参加代表会,其中甲、乙两人中至少一人在内,共有多少种不同选法? 分析:(分类法)若甲、乙中只选一人有种;若甲、乙都选有种。应用分类计数原理有9(种);(排杂法)从5人中任选3人,再减去甲、乙都不在内的选法即可。故所求为9(种)。
总之,在解决排列、组合综合性问题时,必须深刻理解排列与组合的概念,能够熟练确定一个问题是排列问题还是组合问题,避免重复和遗漏,总结规律、掌握技巧,这样可以提高分析问题和解决问题的能力。
【关键词】高考 排列组合 解题技巧
排列组合问题是高中数学的重要内容,又是衔接初等数学与高等数学的纽带,也是高考的必考内容。明确高考中排列组合与概率统计问题的命题特点,掌握其解题策略,对于在高考数学中取得优异成绩尤为重要。数学教学中,提高学生解排列组合题的有效途径是将一些常见题型进行方法归类,构建模型解题,这样有利于学生认识解题模式,进而熟练应用。
一、相邻问题捆绑法
所谓捆绑法,指在解决对于某几个元素要求相邻的问题时,先整体考虑,将相邻元素视作一个整体参与排序,然后再单独考虑这个整体内部各元素间的顺序。捆绑法一般都应用在不同物体的排序问题中。
例1 5个男生和3个女生排成一排,3个女生必须排在一起,有多少种不同排法? A.240 B.320 C.450 D.480 正确答是B。
解析:采用捆绑法把3个女生视为一个元素,与5个男生进行排列,共有 A(6,6)=6x5x4x3x2种,然后3个女生内部再进行排列,有A(3,3)=6种,两次是分步完成的,应采用乘法,所以排法共有:A(6,6) ×A(3,3) =320(种)。
二、不相邻问题插空法
对于要求某些元素不能相邻,其他元素将其隔开的问题,可以先把其他元素排好,再将要求不相邻的元素插入它们的间隙或两端的位置。
例2 七个人并排站成一行,如果要求甲、乙两个人必须不相邻,那么不同排法的种数是( )
A.1440种 B.3600种 C.4820种 D.4800种
分析:除甲、乙外,其余5个人的排列数为种,再用甲、乙去插6个空位有种,不同排法种数是3600种,故选B。
三、无差别问题隔板法
把无差别的元素分配到有差别的位置,常用隔板模型法。
例3 將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( )种。
分析:将12个小球排成一排,中间有11个间隔,在这11个间隔中选出3个,放上“隔板”,若记“|”看作隔板,则如图00 | 0000 | 0000 | 00隔板将一排球分成四块,从左到右可以看成四个盒子放入的球数,即上图中1,2,3,4四个盒子相应放入2个,4个,4个,2个小球,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165种。
四、定位问题优先法
对于有限制条件的排列问题,首先考虑受限制的元素(或位置),再考虑其余元素(或位置)。
例4 从6名志愿者中选出4人分别从事翻译、导游、导购、保洁四项不同的工作,若其中甲、乙两名志愿者都不能从事翻译工作,则不同的选派方案共有( ) A.280种B .96种 C.180种 D.240种 正确答案是D。
分析:由于甲、乙两名志愿者都不能从事翻译工作,所以翻译工作就是“特殊”位置,因此翻译工作从剩下的四名志愿者中任选一人有C(4,1)=4种不同的选法,再从其余的5人中任选3人从事导游、导购、保洁三项不同的工作有A(5,3)=10种不同的选法,所以不同的选派方案共有C(4,1)×A(5,3)=240种,所以选D。
五、定序问题缩倍法
在排列问题中限制某几个元素必须保持一定的顺序称为定序问题,这类问题可用缩小倍数的方法求解较为方便。
例5 A、B、C、D、E五个人并排站成一排,如果B必须站A的右边(A、B可不相邻),那么不同的排法种数有( ) A.24种 B.60种 C.90种 D.120种
分析:若不考虑限制条件,则有Ai种排法,而A、B之间排法有种,故B站A右边的排法只有一种符合条件,故符合条件的排法有60种,故选B。
六、交叉问题集合法
某些排列组合问题几部分之间有交集,可用集合中求元素个数公式n(AUB)=n(A)+n(B)-n(AnB)来求解。
例6 从6名运动员中选出4个参加4×100m接力赛,如果甲不跑第一棒,乙不跑第四棒,共有多少种不同参赛方法?
分析:设全集I={6人中任取4人参赛的排列},A={甲跑第一棒的排列},B={乙跑第四棒的排列},根据求集合元素个数的公式得参赛方法共有: n(I)-n(A)-n(B)+n(AnB)(种)。
七、“至多”“至少”问题分类、排杂法
关于“至多”“至少”类型的组合问题,可用分类的方法或排杂的方法。
例7 从5个学生中选三人参加代表会,其中甲、乙两人中至少一人在内,共有多少种不同选法? 分析:(分类法)若甲、乙中只选一人有种;若甲、乙都选有种。应用分类计数原理有9(种);(排杂法)从5人中任选3人,再减去甲、乙都不在内的选法即可。故所求为9(种)。
总之,在解决排列、组合综合性问题时,必须深刻理解排列与组合的概念,能够熟练确定一个问题是排列问题还是组合问题,避免重复和遗漏,总结规律、掌握技巧,这样可以提高分析问题和解决问题的能力。