【公开课课件】第2讲(理)计数原理与二项式定理
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(1)在应用分类加法计数原理和分步乘法计数原理时,一般 先分类再分步,每一步当中又可能用到分类加法计数原 理.
(2)对于复杂的两个计数原理综合应用的问题,可恰当列出 示意图或表格,使问题形象化、直观化.
跟踪训练
1.两人进行乒乓球比赛,先赢三局者获胜,决出胜负为止,则所 有可能出现的情况(各人输赢局次的不同视为不同情况)共有 C ()
①Cnm=____________m__!______________=__m__!__n_-__m___!__(这里,m,n∈N*,
且 m≤n);
②C0n=1.
(3)二项式定理: ①定理内容:(a+b)n=__C_0n_a_n_+__C_1n_a_n-_1_b_1_+_… __+__C__kna_n_-_k_b_k+__…__+__C_nn_b_n_(n_∈__N__*)__; ②通项公式:Tk+1=___C_nk_a_n_-_kb_k___.
跟踪训练
1.(2017·全国卷Ⅱ,6)安排3名志愿者完成4项工作,每 人至少完成1项,每项工作由1人完成,则不同的安排方D式 共有 ( )
A.12种
B.18种
C.24种
D.36种
[解析] 由题意可得其中 1 人必须完成 2 项工作,其他 2 人各完成 1 项工作,
可得安排方式为 C13·C24·A22=36(种),或列式为 C13·C24·C12=3×4×2 3×2=36(种).故
(2)解:由(1)知,n=5. (1+ 3)n=(1+ 3)5 =C05+C15 3+C25( 3)2+C35( 3)3+C45( 3)4+C55( 3)5 =a+b 3. 方法1:因为 a,b∈N*,所以 a=C05+3C25+9C45=76, b=C15+3C35+9C55=44, 从而 a2-3b2=762-3×442=-32.
3.(2019·天津卷,10)2x-81x38 的展开式中的常数项为__2_8___.
[解析] 2x-81x38 的通项为 Tr+1=Cr82x8-r·-81x3r=Cr828-r-18r·x8-4r. 令 8-4r=0,得 r=2,∴常数项为 T3=C2826-182=28.
4.(2018·全国卷Ⅰ,15)从2位女生,4位男生中选3人参 加科技比赛,且至少有1位女1生6 入选,则不同的选法共有 ______种.(用数字填写答案)
方法2:(1- 3)5=C05+C15(- 3)+C25(- 3)2+C35(- 3)3+C45(- 3)4+C55(- 3)5
=C05-C15 3+C25( 3)2-C35( 3)3+C45( 3)4-C55( 3)5. 因为 a,b∈N*,所以(1- 3)5=a-b 3. 因此 a2-3b2=(a+b 3)(a-b 3)=(1+ 3)5×(1- 3)5=(-2)5=-32.
当中间数为5时,有4×5=20(个); 当中间数为6时,有5×6=30(个); 当中间数为7时,有6×7=42(个); 当中间数为8时,有7×8=56(个); 当中间数为9时,有8×9=72(个). 故共有2+6+12+20+30+42+56+72=240(个).
两个计数原理的应用技巧
2.重要性质及结论
(1)组合数的性质: ①Cnm=__C_nn_-_m___; ②Cnm+1=_C_n_m_____+_C_mn_-_1____; ③C0n+C1n+…+Cnn=_2_n___; ④Cnm+Cmn-1+…+Cmm=__C__mn+_+1_1 __.
(2)二项式系数的有关性质:
①二项展开式中,偶数项的二项式系数的和等于奇数项的二项式系数的和, 即 C1n+C3n+C5n+…=C0n+C2n+C4n+…=__2_n_-_1_;
选 D.
2.将序号分别为1、2、3、4、5的5张参观券全部分给4 人,每人至少1张,如果分给同一人的2张参9观6 券连号,那 么不同的分法种数是______.
[解析] 5 张参观券分为 4 堆,有 2 个连号的有 4 种分法,每一种分法中的不
同排列有 A44种,因此共有不同分法 4A44=96 种.
[解析] 方法一:根据题意,没有女生入选有 C34=4 种选法,从 6 名学生中 任意选 3 人有 C36=20 种选法,故至少有 1 位女生入选的选法共有 20-4=16 种.
方法二:恰有 1 位女生,有 C12C24=12 种, 恰有 2 位女生,有 C22C14=4 种,
所以不同的选法共有 12+4=16 种.
2.如图所示,用4种不同的颜色涂入图中的矩形A,B,C, D中,要求相邻的矩形涂色不同,则不同的涂法有 A ()
A.72种 B.48种 C.24种 D.12种
[解析] 方法一:首先涂 A 有 C14=4(种)涂法,则涂 B 有 C13=3(种)涂法,C 与 A,B 相邻,则 C 有 C12=2(种)涂法,D 只与 C 相邻,则 D 有 C13=3(种)涂法, 所以共有 4×3×2×3=72(种)涂法.
5.(2019·江苏卷,22)设(1+x)n=a0+a1x+a2x2+…+anxn,n≥4,n∈N*.已知 a23=2a2a4.
(1)求 n 的值; (2)设(1+ 3)n=a+b 3,其中 a,b∈N*,求 a2-3b2 的值. [解析] (1)解:因为(1+x)n=C0n+C1nx+C2nx2+…+Cnnxn,n≥4,n∈N*, 所以 a2=C2n=nn2-1,a3=C3n=nn-16n-2, a4=C4n=nn-1n2-4 2n-3. 因为 a23=2a2a4,所以nn-16n-22=2×nn2-1×nn-1n2-4 2n-3. 解得 n=5.
(2)排列与组合的混合型问题,用分类加法或分步乘法计数 原理解决;
(3)元素相邻,可以看作是一个整体的方法; (4)元素不相邻,可以利用插空法; (5)间接法,把不符合条件的排列与组合剔除掉; (6)穷举法,把符合条件的所有排列或组合一一写出来; (7)定序问题缩倍法; (8)“小集团”问题先整体后局部法.
第一部分
专题强化突破
专题七 概率与统计
知识整合
1.必记公式 (1)排列数公式:
n! Anm=__n_(_n_-__1_)_(n_-__2_)_…__(_n_-__m_+__1_)__=___n_-__m__!__(这里,m,n∈N*,且 m≤n).
(2)组合数公式:
nn-1n-2…n-m+1
n!
排列与组合的简单应用
典题例析
例 2 (1)某次联欢会要安排3个歌舞类节目,2个小 品类节目和1个相声类节目的演出顺序,则同类节目不相B 邻的排法种数是 ( )
A.72种 B.120种 C.144种 D.168种
[解析] 先安排小品节目和相声节目,然后让歌舞节目去插空.安排小品节 目和相声节目的顺序有三种:“小品 1,小品 2,相声”“小品 1,相声,小品 2” 和“相声,小品 1,小品 2”.对于第一种情况,形式为“□小品 1 歌舞 1 小品 2□ 相声□”,有 A22C13A23=36(种)安排方法;同理,第三种情况也有 36 种安排方法, 对于第二种情况,三个节目形成 4 个空,其形式为“□小品 1□相声□小品 2□”, 有 A22A34=48(种)安排方法,故共有 36+36+48=120(种)安排方法.
[解析] 不含有 0 的四位数有 C25×C23×A44=720(个).
含有 0 的四位数有 C25×C13×C13×A33=540(个).
综上,四位数的个数为 720+540=1 260.
解答排列组合问题的常用方法
排列组合问题从解法上看,大致有以下几种:
(1)有附加条件的排列组合问题,大多需要用分类讨论的方 法,注意分类时应不重不漏;
a1 到 a5 中 4 个变化必然有 3 升 1 减,a5 到 a12 中必然有 5 升 2 减,是组合的问题, ∴C14×C27=84.
(3)(2018·浙江卷)从1,3,5,7,9中任取2个数字,从0,2,4,6中 任取2个数字,一共可以组成____1_2_6_0___个没有重复数字 的四位数.(用数字作答)
典题例析
二项式定理的应用
(一)与特定项有关的问题
例3
(1)二项式( x- 1 )n 的展开式中第 4 项为常数项,则常数项为 3x
A.10
B.-10
(B )
C.20
D.-20
[解析]
由题意得:(
x- 1wk.baidu.com
3
)n
的展开式的常数为
T4=(-1)3C3n(
x)n-3( 1 )3=
3
x
x
(-1)3C3nxn-2 5,令 n-5=0,得 n=5,故所求的常数项为 T4=(-1)3C35=-10.
(2)数列{an}共有12项,其中a1=0,a5=2,a12=5,且|ak +1-ak|=1,k=1,2,3,…,11,则满足这种条件的不A同 数列的个数为 ( )
A.84 B.168 C.[解7析6] ∵D|a.k+11-5a2k|=1,k=1,2,3,…,11,∴前一项总比后一项大 1 或小 1,
A.10种 B.15种
C.20种 D.30种
[解析] 首先分类计算假如甲赢,比分3 0是1种情况;比分3 1 共有3种情况,分别是前3局中(因为第四局肯定要赢),第一或第二 或第三局输,其余局数获胜;比分为3 2共有6种情况,就是说前 4局2 2,最后一局获胜,前4局中,用排列方法,从4局中选2局 获胜,有6种情况.甲一共就1+3+6=10种情况获胜.所以加上 乙获胜情况,共有10+10=20种情况.
(2)如果一个三位正整数“a1a2a3”满足a1<a2且a3<a2,则 称这样的三位数为凸数(如120,343,275),那么所有凸数A 的个数为 ( )
A.240
B.204
C.729
D.920
[解析] 分8类,
当中间数为2时,有1×2=2(个);
当中间数为3时,有2×3=6(个);
当中间数为4时,有3×4=12(个);
2.混淆排列问题与组合问题的差异. 3.混淆二项展开式中某项的系数与二项式系数. 4.在求展开式的各项系数之和时,忽略了赋值法的应用.
感悟真题、掌握规律
1.(2018·全国卷Ⅲ,5)(x2+2x)5 的展开式中 x4 的系数为
A.10
B.20
C.40
D.80
( C)
[解析] 展开式的通项公式为 Tr+1=Cr5(x2)5-r(2x)r=2rCr5x10-3r,令 10-3r=4 可 得 r=2,则 x4 的系数为 22C25=40.
2.(2019·浙江卷,13)在二项式( 2+x)9 的展开式中,常数项是___1_6__2__,系 数为有理数的项的个数是__5___.
[解析] 由二项展开式的通项公式可知 Tr+1=Cr9·( 2)9-r·xr,r∈N,0≤r≤9, 当为常数项时,r=0,T1=C09·( 2)9·x0=( 2)9=16 2. 当项的系数为有理数时,9-r 为偶数, 可得 r=1,3,5,7,9,即系数为有理数的项的个数是 5.
(2)在(2x+x12)(x2-1x)4 的展开式中,含 x3 的项的系数是__8___. [解析] (x2-1x)4 的展开式的通项公式为 Tr+1=Cr4(x2)4-r(-1x)r=(-1)rC4rx8-3r, 则含 x2 的项的系数为(-1)2C24=6,含 x5 的项的系数为(-1)1C14=-4,所以(2x+x12) (x2-1x)4 的展开式中,含 x3 的项的系数为 2×6+1×(-4)=8.
②若 f(x)=a0+a1x+a2x2+…+anxn, 则 f(x)展开式中的各项系数和为 f(1),
奇数项系数和为 a0+a2+a4+…=f1+2f-1,
f1-f-1
偶数项系数之和为 a1+a3+a5+…=______2___.
易错警示
1.分类标准不明确,有重复或遗漏,区分平均分组与平均分配问 题.
典题例析、命题探明
两个计数原理
典题例析
例 1 (1)如图,小明从街道的E处出发,先到F处与小
红会合,再一起到位于G处的老年公寓参加志愿者活动,
则小明到老年公寓可以选择的最短路径条数为
B
()
A.24
B.18
C.12
D.9
[解析] E→F有6种走法,F→G有3种走法,由分步乘法计 数原理知,共6×3=18种走法.
方法二:按要求涂色至少需要 3 种颜色,故分两类:一是 4 种颜色都用,这 时 A 有 4 种涂法,共有 4×3×2×1=24(种)涂法;二是用 3 种颜色,这时 A、B、 C 的涂法有 4×3×2=24(种),D 只要不与 C 同色即可,故 D 有 2 种涂法.所以 不同的涂法共有 24+24×2=72(种).
(2)对于复杂的两个计数原理综合应用的问题,可恰当列出 示意图或表格,使问题形象化、直观化.
跟踪训练
1.两人进行乒乓球比赛,先赢三局者获胜,决出胜负为止,则所 有可能出现的情况(各人输赢局次的不同视为不同情况)共有 C ()
①Cnm=____________m__!______________=__m__!__n_-__m___!__(这里,m,n∈N*,
且 m≤n);
②C0n=1.
(3)二项式定理: ①定理内容:(a+b)n=__C_0n_a_n_+__C_1n_a_n-_1_b_1_+_… __+__C__kna_n_-_k_b_k+__…__+__C_nn_b_n_(n_∈__N__*)__; ②通项公式:Tk+1=___C_nk_a_n_-_kb_k___.
跟踪训练
1.(2017·全国卷Ⅱ,6)安排3名志愿者完成4项工作,每 人至少完成1项,每项工作由1人完成,则不同的安排方D式 共有 ( )
A.12种
B.18种
C.24种
D.36种
[解析] 由题意可得其中 1 人必须完成 2 项工作,其他 2 人各完成 1 项工作,
可得安排方式为 C13·C24·A22=36(种),或列式为 C13·C24·C12=3×4×2 3×2=36(种).故
(2)解:由(1)知,n=5. (1+ 3)n=(1+ 3)5 =C05+C15 3+C25( 3)2+C35( 3)3+C45( 3)4+C55( 3)5 =a+b 3. 方法1:因为 a,b∈N*,所以 a=C05+3C25+9C45=76, b=C15+3C35+9C55=44, 从而 a2-3b2=762-3×442=-32.
3.(2019·天津卷,10)2x-81x38 的展开式中的常数项为__2_8___.
[解析] 2x-81x38 的通项为 Tr+1=Cr82x8-r·-81x3r=Cr828-r-18r·x8-4r. 令 8-4r=0,得 r=2,∴常数项为 T3=C2826-182=28.
4.(2018·全国卷Ⅰ,15)从2位女生,4位男生中选3人参 加科技比赛,且至少有1位女1生6 入选,则不同的选法共有 ______种.(用数字填写答案)
方法2:(1- 3)5=C05+C15(- 3)+C25(- 3)2+C35(- 3)3+C45(- 3)4+C55(- 3)5
=C05-C15 3+C25( 3)2-C35( 3)3+C45( 3)4-C55( 3)5. 因为 a,b∈N*,所以(1- 3)5=a-b 3. 因此 a2-3b2=(a+b 3)(a-b 3)=(1+ 3)5×(1- 3)5=(-2)5=-32.
当中间数为5时,有4×5=20(个); 当中间数为6时,有5×6=30(个); 当中间数为7时,有6×7=42(个); 当中间数为8时,有7×8=56(个); 当中间数为9时,有8×9=72(个). 故共有2+6+12+20+30+42+56+72=240(个).
两个计数原理的应用技巧
2.重要性质及结论
(1)组合数的性质: ①Cnm=__C_nn_-_m___; ②Cnm+1=_C_n_m_____+_C_mn_-_1____; ③C0n+C1n+…+Cnn=_2_n___; ④Cnm+Cmn-1+…+Cmm=__C__mn+_+1_1 __.
(2)二项式系数的有关性质:
①二项展开式中,偶数项的二项式系数的和等于奇数项的二项式系数的和, 即 C1n+C3n+C5n+…=C0n+C2n+C4n+…=__2_n_-_1_;
选 D.
2.将序号分别为1、2、3、4、5的5张参观券全部分给4 人,每人至少1张,如果分给同一人的2张参9观6 券连号,那 么不同的分法种数是______.
[解析] 5 张参观券分为 4 堆,有 2 个连号的有 4 种分法,每一种分法中的不
同排列有 A44种,因此共有不同分法 4A44=96 种.
[解析] 方法一:根据题意,没有女生入选有 C34=4 种选法,从 6 名学生中 任意选 3 人有 C36=20 种选法,故至少有 1 位女生入选的选法共有 20-4=16 种.
方法二:恰有 1 位女生,有 C12C24=12 种, 恰有 2 位女生,有 C22C14=4 种,
所以不同的选法共有 12+4=16 种.
2.如图所示,用4种不同的颜色涂入图中的矩形A,B,C, D中,要求相邻的矩形涂色不同,则不同的涂法有 A ()
A.72种 B.48种 C.24种 D.12种
[解析] 方法一:首先涂 A 有 C14=4(种)涂法,则涂 B 有 C13=3(种)涂法,C 与 A,B 相邻,则 C 有 C12=2(种)涂法,D 只与 C 相邻,则 D 有 C13=3(种)涂法, 所以共有 4×3×2×3=72(种)涂法.
5.(2019·江苏卷,22)设(1+x)n=a0+a1x+a2x2+…+anxn,n≥4,n∈N*.已知 a23=2a2a4.
(1)求 n 的值; (2)设(1+ 3)n=a+b 3,其中 a,b∈N*,求 a2-3b2 的值. [解析] (1)解:因为(1+x)n=C0n+C1nx+C2nx2+…+Cnnxn,n≥4,n∈N*, 所以 a2=C2n=nn2-1,a3=C3n=nn-16n-2, a4=C4n=nn-1n2-4 2n-3. 因为 a23=2a2a4,所以nn-16n-22=2×nn2-1×nn-1n2-4 2n-3. 解得 n=5.
(2)排列与组合的混合型问题,用分类加法或分步乘法计数 原理解决;
(3)元素相邻,可以看作是一个整体的方法; (4)元素不相邻,可以利用插空法; (5)间接法,把不符合条件的排列与组合剔除掉; (6)穷举法,把符合条件的所有排列或组合一一写出来; (7)定序问题缩倍法; (8)“小集团”问题先整体后局部法.
第一部分
专题强化突破
专题七 概率与统计
知识整合
1.必记公式 (1)排列数公式:
n! Anm=__n_(_n_-__1_)_(n_-__2_)_…__(_n_-__m_+__1_)__=___n_-__m__!__(这里,m,n∈N*,且 m≤n).
(2)组合数公式:
nn-1n-2…n-m+1
n!
排列与组合的简单应用
典题例析
例 2 (1)某次联欢会要安排3个歌舞类节目,2个小 品类节目和1个相声类节目的演出顺序,则同类节目不相B 邻的排法种数是 ( )
A.72种 B.120种 C.144种 D.168种
[解析] 先安排小品节目和相声节目,然后让歌舞节目去插空.安排小品节 目和相声节目的顺序有三种:“小品 1,小品 2,相声”“小品 1,相声,小品 2” 和“相声,小品 1,小品 2”.对于第一种情况,形式为“□小品 1 歌舞 1 小品 2□ 相声□”,有 A22C13A23=36(种)安排方法;同理,第三种情况也有 36 种安排方法, 对于第二种情况,三个节目形成 4 个空,其形式为“□小品 1□相声□小品 2□”, 有 A22A34=48(种)安排方法,故共有 36+36+48=120(种)安排方法.
[解析] 不含有 0 的四位数有 C25×C23×A44=720(个).
含有 0 的四位数有 C25×C13×C13×A33=540(个).
综上,四位数的个数为 720+540=1 260.
解答排列组合问题的常用方法
排列组合问题从解法上看,大致有以下几种:
(1)有附加条件的排列组合问题,大多需要用分类讨论的方 法,注意分类时应不重不漏;
a1 到 a5 中 4 个变化必然有 3 升 1 减,a5 到 a12 中必然有 5 升 2 减,是组合的问题, ∴C14×C27=84.
(3)(2018·浙江卷)从1,3,5,7,9中任取2个数字,从0,2,4,6中 任取2个数字,一共可以组成____1_2_6_0___个没有重复数字 的四位数.(用数字作答)
典题例析
二项式定理的应用
(一)与特定项有关的问题
例3
(1)二项式( x- 1 )n 的展开式中第 4 项为常数项,则常数项为 3x
A.10
B.-10
(B )
C.20
D.-20
[解析]
由题意得:(
x- 1wk.baidu.com
3
)n
的展开式的常数为
T4=(-1)3C3n(
x)n-3( 1 )3=
3
x
x
(-1)3C3nxn-2 5,令 n-5=0,得 n=5,故所求的常数项为 T4=(-1)3C35=-10.
(2)数列{an}共有12项,其中a1=0,a5=2,a12=5,且|ak +1-ak|=1,k=1,2,3,…,11,则满足这种条件的不A同 数列的个数为 ( )
A.84 B.168 C.[解7析6] ∵D|a.k+11-5a2k|=1,k=1,2,3,…,11,∴前一项总比后一项大 1 或小 1,
A.10种 B.15种
C.20种 D.30种
[解析] 首先分类计算假如甲赢,比分3 0是1种情况;比分3 1 共有3种情况,分别是前3局中(因为第四局肯定要赢),第一或第二 或第三局输,其余局数获胜;比分为3 2共有6种情况,就是说前 4局2 2,最后一局获胜,前4局中,用排列方法,从4局中选2局 获胜,有6种情况.甲一共就1+3+6=10种情况获胜.所以加上 乙获胜情况,共有10+10=20种情况.
(2)如果一个三位正整数“a1a2a3”满足a1<a2且a3<a2,则 称这样的三位数为凸数(如120,343,275),那么所有凸数A 的个数为 ( )
A.240
B.204
C.729
D.920
[解析] 分8类,
当中间数为2时,有1×2=2(个);
当中间数为3时,有2×3=6(个);
当中间数为4时,有3×4=12(个);
2.混淆排列问题与组合问题的差异. 3.混淆二项展开式中某项的系数与二项式系数. 4.在求展开式的各项系数之和时,忽略了赋值法的应用.
感悟真题、掌握规律
1.(2018·全国卷Ⅲ,5)(x2+2x)5 的展开式中 x4 的系数为
A.10
B.20
C.40
D.80
( C)
[解析] 展开式的通项公式为 Tr+1=Cr5(x2)5-r(2x)r=2rCr5x10-3r,令 10-3r=4 可 得 r=2,则 x4 的系数为 22C25=40.
2.(2019·浙江卷,13)在二项式( 2+x)9 的展开式中,常数项是___1_6__2__,系 数为有理数的项的个数是__5___.
[解析] 由二项展开式的通项公式可知 Tr+1=Cr9·( 2)9-r·xr,r∈N,0≤r≤9, 当为常数项时,r=0,T1=C09·( 2)9·x0=( 2)9=16 2. 当项的系数为有理数时,9-r 为偶数, 可得 r=1,3,5,7,9,即系数为有理数的项的个数是 5.
(2)在(2x+x12)(x2-1x)4 的展开式中,含 x3 的项的系数是__8___. [解析] (x2-1x)4 的展开式的通项公式为 Tr+1=Cr4(x2)4-r(-1x)r=(-1)rC4rx8-3r, 则含 x2 的项的系数为(-1)2C24=6,含 x5 的项的系数为(-1)1C14=-4,所以(2x+x12) (x2-1x)4 的展开式中,含 x3 的项的系数为 2×6+1×(-4)=8.
②若 f(x)=a0+a1x+a2x2+…+anxn, 则 f(x)展开式中的各项系数和为 f(1),
奇数项系数和为 a0+a2+a4+…=f1+2f-1,
f1-f-1
偶数项系数之和为 a1+a3+a5+…=______2___.
易错警示
1.分类标准不明确,有重复或遗漏,区分平均分组与平均分配问 题.
典题例析、命题探明
两个计数原理
典题例析
例 1 (1)如图,小明从街道的E处出发,先到F处与小
红会合,再一起到位于G处的老年公寓参加志愿者活动,
则小明到老年公寓可以选择的最短路径条数为
B
()
A.24
B.18
C.12
D.9
[解析] E→F有6种走法,F→G有3种走法,由分步乘法计 数原理知,共6×3=18种走法.
方法二:按要求涂色至少需要 3 种颜色,故分两类:一是 4 种颜色都用,这 时 A 有 4 种涂法,共有 4×3×2×1=24(种)涂法;二是用 3 种颜色,这时 A、B、 C 的涂法有 4×3×2=24(种),D 只要不与 C 同色即可,故 D 有 2 种涂法.所以 不同的涂法共有 24+24×2=72(种).