“隔板法”巧解排列组合题

来源 :考试周刊 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xsh3310
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘 要:“隔板法”适用于相同元素的分配问题,如投球进盒、名额或指标的分配、部分不定方程的整数解的组数等,解决时通常设计一个问题情景,构造一个隔板模型。将复杂的问题简单化,抽象的问题具体化,从而实现解题的目的。
  关键词:隔板;空档;问题情景;构造;模型;正整数解;排列组合
  “隔板法”是解决组合问题中关于若干个相同元素的分组问题的一种常用方法,用这种方法解决此类问题,过程简洁明了,富有创意性和趣味性。这类问题的类型就是把n(n≥1)个相同的元素分配到k(1≤k≤n)个不同的组,使得每组中都至少有一个元素,求一共有多少种不同的分法的问题。在这n个相同元素中找“空档”(不含两端),在n-1个“空档”中插入k-1个隔板,把n个元素分成k“堆”,把“堆”看作排列组合中的元素,这样问题就用Ck-1n-1来解决。直接应用“隔板法”必须满足三个条件:
  ①这n个元素必须相同;
  ②所分成的每一组至少分得一个元素;
  ③分成的組别彼此相异。
  “隔板法”适用于相同元素的分配问题,如投球进盒、名额或指标的分配、部分不定方程的整数解的组数等,解决时通常设计一个问题情景,构造一个隔板模型。将复杂的问题简单化,抽象的问题具体化,从而实现解题的目的。
  【例1】 高二年级8个班级协商组成年级篮球队,共需10名队员,每个班级至少要出一名,有多少种不同的组成方式?
  【分析】 将10名队员理解成10个相同的球,排成一列,共形成9个空档,设想有7块隔板,将排成一列的10个球隔成8段,注意:任意两块隔板不能相邻,只能插入空档,在9个空档中插入7块隔板,故有C79=36(种)。这个问题也可转化为求不定方程x1 x2 … x8=10,有多少组不同的正整数解。
  【例2】 不定方程x y z w=10有多少组正整数解?
  【分析】 我们设想有10个相同的球排成一列,共形成9个空档,可以理解为有3块隔板,将排成一列的10个球隔成4段,注意:任意两块隔板不能相邻,只能插入空档,在9个空档中插入3块隔板,故有C39=84组正整数解。
  对某些不符合上述“隔板法”条件的问题可以通过一些技巧转化为符合条件的隔板问题。
  技巧一:添加球数用“隔板法”
  【例3】 不定方程x y z w=10有多少组非负整数解?
  【分析】 注意到x、y、z、w可以为0,故例2解法中的限定“每个空档至多插入一块隔板”就不成立了,怎么办呢?只要添加4个球,给x、y、z、w各一个球。这样原问题就转化为求不定方程x y z w=14的正整数解的组数,故方程解的组数为C313=286。
  【评述】 本例通过添加球数,将问题转化为例2中的典型“隔板法”问题。
  【例4】 将9个相同的球分给3个人,允许有人不取,但必须分完,有多少种分法?
  问题转化为:9个相同的球分给编号为1,2,3的盒子,允许有盒子为空,但必须分完,有多少种分法?
  【解法一】 将9个球排成一列,包括两端一共有10个空档,因为这里允许有盒子为空,就是隔板可以“挤进”同一个空档里,所以不能以空档计算。将2个隔板插入这些空档中,则每一种隔板位置对应一种分法。这里球和隔板共有11个,则有C211=55种分法。
  【解法二】 添加3个球,给3个人每人一个,问题转化为:12个相同的球分给3个人,每人至少分一个球,且必须分完,有多少种分法?也就是将12个球排成一列,有11个空档,插入2块隔板分成三段,则有C211=55种分法。
  【评述】 这个问题的解法是典型的玻色─爱因斯坦(BoseEinstein)统计模型:要将n(n≥1)个相同的球放入k(1≤k≤n)个不同的盒子,每盒所放球数不限,有多少种不同放法?用组合公式Ck-1n k-1来解决。
  技巧二:减少球数用“隔板法”
  【例5】 将9个相同的球放入编号为1,2,3的盒子中,要求每个盒子中的球数不少于它的编号数,有多少种放法?
  【分析】 先在编号1,2,3的盒子内分别放入0,1,2个球,剩下6个相同的球,问题转化为:将6个相同的球放入编号为1,2,3的盒子里,每个盒子至少有一个球的问题。
  剩下6个相同的球排成一列,共形成5个空档,可以理解为有2块隔板,将排成一列的6个球隔成3段,每段至少有1个,则有C25=10(种)。
  【评述】 本例通过减少球数,使得每个盒子中至少放入一个球,将问题转化为典型“隔板法”问题。
  以上是我从教学实际中列举的几个用“隔板法”解决的排列组合题,解题时通常设计一个问题情景,构造一个隔板模型,套用公式Ck-1n-1或Ck-1n k-1,使解题过程简洁明了,富有创意性和趣味性。
  参考文献:
  [1]徐帮利.巧用隔板法解排列组合题[J].数学爱好者(高考版),2007,(12).
  [2]程小芳.“隔板”法与一类排列组合题[J].中学数学教学,2006,(04).
其他文献
回忆了80-90年代间,作者与几位德国政要:前总理科尔、前总统魏茨泽克、前总统卡斯滕斯等人的交往,表达了作者愿为中德友谊之路作一颗铺路小石子的心情与意愿,以此纪念中德建
近年来,翻译职业类影视作品对外语专业学生的口译学习产生了潜移默化的影响.本项目研究立足于《亲爱的翻译官》,《长井鞠子的口译人生》等翻译职业类影视作品,通过问卷调查、
随着社会的不断进步,人们的自我防护意识也在不断提高,尤其更加重视对知识产权的保护,因而知识产权法应时而生.然而,在人们的潜意识中,总认为知识产权法导致了一定的文化垄断
长吉图经济先导区的批准,对吉林省高等教育的发展提供了难得的发展机遇,同时也提出了挑战.区域内高等教育需要面对经济社会发展的现实需求,逐渐实现促进社会发展并引领社会潮
本文记述了同济大学在科研、教学和文化等方面对德合作的重大事项,分析论证了对德合作在同济大学大学发展中的重要作用.
为探究吕家坨井田地质构造格局,根据钻孔勘探资料,采用分形理论和趋势面分析方法,研究了井田7
期刊
对250dm~3高炉鼓风机组增速机齿轮的断裂进行了检验和分析,认为Al_2O_3夹杂是造成齿轮疲劳断裂的主要原因。 The crack of gear of gearbox of 250dm ~ 3 blast furnace blo
近年来,人本化理念与制度不断在国际法领域予以显现与深化,对国际法人本化的研究方兴未艾.本文着重从近代理性主义自然法和近代国际法中的自然法学派入手,对国际法人本化的自
为探究吕家坨井田地质构造格局,根据钻孔勘探资料,采用分形理论和趋势面分析方法,研究了井田7