排列组合问题的八种错误

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  在解答排列组合问题时,由于题意理解不透、“分类”与“分步”混淆不清、元素间的关系处理不明、方法应用把握不准,就不可避免地出现“重”或“漏”的错误. 为了帮助同学们厘清关系,避免失误,我们把常见错误归结为八个类型,以供借鉴.
  混淆加法计数原理与乘法计数原理
  例1 如图,小明从街道的E处出发,先到F处与小红会合,再一起到G处参加志愿者活动,则小明到[G]处可以选择的最短路径的条数为_____.
  [ ]
  错解 由题意可知,E[→]F共有6种走法,F[→]G共有3种走法,由加法计数原理知,共有6+3=9种走法.
  错因 导致错误的原因是混淆了两个基本原理.
  正解 由题意可知,从E到F有6种走法,从F到G有3种走法,故共有6[×]3=18种走法.
  点拨 两个原理的区别在于一个和分类有关,一个与分步有关. 分类用加法,分步用乘法.
  分类重复导致错误
  例2 4名运动员参加4×100接力赛,若甲不跑第一棒,乙不跑第四棒,则不同的出场顺序有____种.
  错解 4名队员共有[A44]种排法,甲跑第一棒有[A33]种,乙跑第四棒有[A33]种,故一共有[A44-A33-A33]=12种.
  错因 上解法中,排除甲跑第一棒和乙跑第四棒,但两次都减去了甲跑第一棒且乙跑第四棒的情况,从而导致了错误结论.
  正解 不考虑限制条件,4名队员的全排列共有[A44=24]种. 甲跑第一棒有[A33=6]种,乙跑第四棒有[A33=6]种,甲跑第一棒且乙跑第四棒有[A22=2]种,故共有[A44-2A33+A22=14]种不同的出场顺序.
  点拨 此类问题与两个集合的并集的元素个数如出一辙,[card(A?B)=card(A)+card(B)-card(A?B)].
  分类遗漏导致错误
  例3 5件不同产品排成一排,若产品A与B相邻,且产品A与C不相邻,则不同的排法有_____种.
  错解 记其余两件产品为D,E. 先将D,E进行排列,并形成3个空位,将A,B看作一个整体,与C插入3个空位,故不同的方法共有[A22A23A22=24]种.
  错因 错解中只是考虑了将A,B和C插空,其实ABC或CBA也可看作一个整体,再与D,E排列,而错解中忽略了这种情况.
  正解 记其余2件产品为D,E. 先排D,E,并形成3个空位. 然后分类:(1)将A,B看作一个整体,与C插入3个空位中,不同的排法有[A22A22A23=24]种;(2)将ABC或CBA看作一个整体,再与D,E排列,不同的排法有[A33+A33=12]种. 故不同的排法共有24+12=36种.
  点拨 此例提醒我们,分类时要把握好分类的原则,必要时,也可画图来帮助分析、求解.
  平均分组中出现重复计数的错误
  例4 某交通岗共有3人,从周一到周日的7天中,每天安排一人值班,每人至少值2天,其不同的排法共有 种.
  错解 第一个人先挑选2天,第二个人再挑选2天,剩下的3天给第三个人,共有[C27C25C33?A33]=1260种.
  错因 此例是部分平均分组问题. 错解中的挑选方法可能为第一人挑选的是周一、周二,第二人挑选的是周三、周四;也可能是两人交换了选法,所以在全排列的过程中就重复计算了.
  正解 [C27C25C33A22×A33=630]种.
  点拨 排列与组合的综合问题,要遵循“先组合再排列”即“先取后排”的原则. 注意在取的时候是不是已经排序了,防止重复排序导致重复计算.
  将相同元素的排列错误地当成不同元素的排列
  例5 6把椅子摆成一排,3人随机就座,任何两人不相邻的坐法种数为 种.
  错解 先将不坐人的3把椅子排好,有[A33=6]种排法. 再将3人带着剩余的3把椅子排在4个空位上,有[A34=24]种排法. 故共有6×24=144种不同的方法.
  错因 空椅子之间是没有差别的,错解中将空位当成不同的元素也进行了排列,致使计数出现了重复.
  正解 先把3把空椅子隔开摆好,它们之间和两端有4个空位,再把3人带椅子插放在4个空位上,故共有[A34=24]种坐法.
  点拨 相同元素的排列应该用组合数表示,因为它们之间不讲顺序,而三个人的坐法是要有顺序的.
  不明白事理而导致错误
  例6 8个人进行乒乓球单打比赛,水平高的总能胜水平低的,欲选出水平最高的两人,至少需要比赛的场数为_____. (用数字作答)
  错解 第一轮分成4组比赛,负者被淘汰,胜者进入第二轮,需比赛4场. 第二轮分成2组比赛,胜者为水平最高的两人,需2场比赛. 共需要比赛4+2=6场.
  错因 上述解法错误地认为,经过这种淘汰赛后,剩下的两人是水平最高的两人. 实际上,第二名有可能在第一轮或第二轮就被第一名淘汰了.
  正解 先将8人分成4组进行比赛,胜者进行第二轮,需要比赛4场. 将进入第二轮的四人分成2组进行比赛,胜者进入第三轮,需要2场比赛. 进入第三轮的2人比赛,胜者为第一名,需一场比赛. 将第一轮、第二轮、第三轮被第一名淘汰的选手共3人决出第一名,需2场比赛. 所以,至少需要4+2+1+2=9场比赛.
  点拨 审题要明确事情有没有做完,分类有没有遗漏,解答是否切合实际,从把握好事理关来杜绝错误.
  不会转化导致解题错误
  例7 一个质点从原点出发,沿[x]轴跳动,每次向左或向右跳1个单位,经过5次跳动质点落在点(3,0)(可重复过此点)处,则质点不同的运动方法共有_____种.
  错解 因为每一步都有两种可能,所以共有25=32种方法. 又由于这32种方法中质点落在(3,0)与不在(3,0)的可能性相等,故不同的运动方法共有16种.
  错因 质点落在(3,0)与不在(3,0)的可能性相同是错误的,错误的原因是没有将问题进行合理转化.
  正解 设质点向右跳一次为+1,向左跳一次为-1. 由题意知,其和为+3,故需要4个+1,1个-1,所以质点不同的运动方法共有[C15C44=5]种.
  点拨 背景比较陌生的问题,可以利用转化的方法转化为熟悉的问题来处理. 本例是将问题转化为相同元素的排列问题.
  不能理解题意而导致错误
  例8 定义“规范01数列”[an]如下:[an]共有[2m]项,其中[m]项为0,[m]项为1,且对任意[k≤2m],[a1,a2,…,ak]中0的个数不少于1的个数. 若[m]=4,则不同的“规范01数列”共有___个.
  错解 有[28÷2=128]个
  错因 没有理解题意而胡乱求解.
  正解 由题意知,[a1=0,a8=1,a2,a3,…,a7]中有3个0、3个1,且满足对任意[k≤8],都有[a1,a2,…,ak]中0的个数不少于1的个数,利用列举法可得不同的“规范01数列”有00001111,00010111,00011011,00011101,00100111,00101011,00101101,001110011,00110101,01000111,01001011,01001101,01010011,01010101,共14个.
  点拨 对某些特殊问题,在正确理解题意的基础上,可以用列举法来求解,也可以用框图或树图法求解.
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