排列组合-拔高难度-讲义

排列组合知识讲解一、排列1.排列：一般地，从n 个不同的元素中任取()m m n ≤个元素，按照一定的顺序排成一列，叫做从n 个不同元素中取出m 个元素的一个排列．（其中被取的对象叫做元素）2.排列数：从n 个不同的元素中取出()m m n ≤个元素的所有排列的个数，叫做从n 个不同元素中取出m 个元素的排列数，用符号A m n 表示．3.排列数公式：A (1)(2)(1)mn n n n n m =---+，m n +∈N ，，并且m n ≤． 4.全排列：一般地，n 个不同元素全部取出的一个排列，叫做n 个不同元素的一个全排列． 5.n 的阶乘：正整数由1到n 的连乘积，叫作n 的阶乘，用!n 表示．规定：0!1=．二、组合1.组合：一般地，从n 个不同元素中，任意取出m ()m n ≤个元素并成一组，叫做从n 个元素中任取m 个元素的一个组合．2.组合数：从n 个不同元素中，任意取出m ()m n ≤个元素的所有组合的个数，叫做从n 个不同元素中，任意取出m 个元素的组合数，用符号C m n 表示．3.组合数公式：(1)(2)(1)!C !!()!mnn n n n m n m m n m ---+==-，,m n +∈N ，并且m n ≤． 组合数的两个性质：①C C m n m n n-=； ②11C C C m m m n n n -+=+．（规定0C 1n =）三、排列组合一些常用方法1.特殊元素、特殊位置优先法元素优先法：先考虑有限制条件的元素的要求，再考虑其他元素；位置优先法：先考虑有限制条件的位置的要求，再考虑其他位置；2.分类分步法：对于较复杂的排列组合问题，常需要分类讨论或分步计算，一定要做到分类明确，层次清楚，不重不漏．3.排除法，从总体中排除不符合条件的方法数，这是一种间接解题的方法．4.捆绑法：某些元素必相邻的排列，可以先将相邻的元素“捆成一个”元素，与其它元素进行排列，然后再给那“一捆元素”内部排列．5.插空法：某些元素不相邻的排列，可以先排其它元素，再让不相邻的元素插空．6.插板法：n 个相同元素，分成()m m n ≤组，每组至少一个的分组问题——把n 个元素排成一排，从1n -个空中选1m -个空，各插一个隔板，有11m n C --．7.分组、分配法：分组问题（分成几堆，无序）．有等分、不等分、部分等分之别．一般地平均分成n 堆（组），必须除以n ！，如果有m 堆（组）元素个数相等，必须除以m ！8.错位法：编号为1至n 的n 个小球放入编号为1到n 的n 个盒子里，每个盒子放一个小球，要求小球与盒子的编号都不同，这种排列称为错位排列，特别当2n =，3，4，5时的错位数各为1，2，9，44．关于5、6、7个元素的错位排列的计算，可以用剔除法转化为2个、3个、4个元素的错位排列的问题．四、实际问题的解题策略1.排列与组合应用题三种解决途径：①元素分析法：以元素为主，应先满足特殊元素的要求，再考虑其他元素； ②位置分析法：以位置为主考虑，即先满足特殊位置的要求，再考虑其他位置；③间接法：先不考虑附加条件，计算出排列或组合数，再减去不符合要求的排列数或组合数． 注意：求解时应注意先把具体问题转化或归结为排列或组合问题；再通过分析确定运用分类计数原理还是分步计数原理；然后分析题目条件，避免“选取”时重复和遗漏；最后列出式子计算作答．2.具体的解题策略有：①对特殊元素进行优先安排；②理解题意后进行合理和准确分类，分类后要验证是否不重不漏；③对于抽出部分元素进行排列的问题一般是先选后排，以防出现重复；④对于元素相邻的条件，采取捆绑法；对于元素间隔排列的问题，采取插空法或隔板法；⑤顺序固定的问题用除法处理；分几排的问题可以转化为直排问题处理；⑥对于正面考虑太复杂的问题，可以考虑反面．⑦对于一些排列数与组合数的问题，需要构造模型．典型例题一．选择题（共2小题）1．（2018•合肥三模）如图，给7条线段的5个端点涂色，要求同一条线段的两个端点不能同色，现有4种不同的颜色可供选择，则不同的涂色方法种数有（）A．24 B．48 C．96 D．120【解答】解：第一类：若A，D相同，先涂E有4种涂法，再涂A，D有3种涂法，再涂B有2种涂法，C只有一种涂法，共有4×3×2=24种，第二类，若A，D不同，先涂E有4种涂法，再涂A有3种涂法，再涂D有2种涂法，当B和D相同时，C有1种涂法，当B和D不同时，B，C只有一种涂法，共有4×3×2×（1+1）=48种，根据分类计数原理可得，共有24+48=72种，故选：C．2．（2018•大荔县模拟）如图所示的五个区域中，要求在每一个区域只涂一种颜色，相邻区域所涂颜色不同，现有四种颜色可供选择，则不同的涂色方法种数为（）A．64 B．72 C．84 D．96【解答】解：分两种情况：（1）A、C不同色，先涂A有4种，C有3种，E有2种，B、D有1种，有4×3×2=24种；（2）A、C同色，先涂A有4种，E有3种，E有2种，B、D各有2种，有4×3×2×2=48种．共有72种，故选：B．二．解答题（共16小题）3．（2018春•金凤区校级期末）有5个男生和3个女生，从中选出5人担任5门不同学科的科代表，求分别符合下列条件的选法数：（1）有女生但人数必须少于男生；（2）某男生必须包括在内，但不担任数学科代表；（用数字回答）【解答】解：（1）先取后排，女生1人男生4人，女生2人男生3人，共有C31C54+C32C53，再把从中选出5人担任5门不同学科的科代表有A55，故共有（C31C54+C32C53）A55=5400种，（2）先安排这一名男生，再从剩下的7人中选4人安排剩下的4门学科，共有C41A74=3360种．4．（2018春•历下区校级期中）某学习小组有3个男生和4个女生共7人：（1）将此7人排成一排，男女彼此相间的排法有多少种？（2）将此7人排成一排，男生甲不站最左边，男生乙不站最右边的排法有多少种？（3）从中选出2名男生和2名女生分别承担4种不同的任务，有多少种选派方法？（4）现有7个座位连成一排，仅安排4个女生就座，恰有两个空位相邻的不同坐法共有多少种？【解答】解：（1）根据题意，分2步进行分析：①，将3个男生全排列，有A33种排法，排好后有4个空位，②，将4名女生全排列，安排到4个空位中，有A44种排法，则一共有种排法；（2）根据题意，分2种情况讨论：①，男生甲在最右边，有A66=720，②，男生甲不站最左边也不在最右边，有A51A51A55=3000，则有720+3000﹣3720种排法；（3）根据题意，分2步进行分析：①，在3名男生中选取2名男生，4名女生中选取2名女生，有C32C42种选取方法，②，将选出的4人全排列，承担4种不同的任务，有A44种情况，则有种不同的安排方法；（4）根据题意，7个座位连成一排，仅安排4个女生就座，还有3个空座位，分2步进行分析：①，将4名女生全排列，有A44种情况，排好后有5个空位，②，将3个空座位分成2、1的2组，在5个空位中任选2个，安排2组空座位，有A52种情况，则有种排法．5．（2017春•林芝地区期末）4个男生，3个女生站成一排．（必须写出算式再算出结果才得分）（Ⅰ）3个女生必须排在一起，有多少种不同的排法？（Ⅱ）任何两个女生彼此不相邻，有多少种不同的排法？（Ⅲ）甲乙二人之间恰好有三个人，有多少种不同的排法？【解答】解：（Ⅰ）先排3个女生作为一个元素与其余的4个元素做全排列有种．（Ⅱ）男生排好后，5个空再插女生有种．（Ⅲ）甲、乙先排好后，再从其余的5人中选出3人排在甲、乙之间，把排好的5个元素与最好的2个元素全排列，分步有种．6．（2017春•金台区期末）有5个男生和3个女生，从中选取5人担任5门不同学科的科代表，求分别符合下列条件的选法数：（1）有女生但人数必须少于男生．（2）某女生一定要担任语文科代表．（3）某男生必须包括在内，但不担任数学科代表．（4）某女生一定要担任语文科代表，某男生必须担任科代表，但不担任数学科代表．【解答】解：（1）先取后排，有种，后排有种，共有（）=5400种．…．（3分）（2）除去该女生后先取后排：=840种．…..（6分）（3）先取后排，但先安排该男生：=3360种．…..（9分）（4）先从除去该男生该女生的6人中选3人有种，再安排该男生有种，其余3人全排有种，共=360种．…（12分）7．（2017春•平安县校级期中）五个人站成一排，求在下列条件下的不同排法种数：（用数字作答）（1）甲、乙两人相邻；（2）甲、乙两人不相邻；（3）甲不在排头，并且乙不在排尾；（4）甲在乙前，并且乙在丙前．【解答】解：（1）把甲、乙看成一个人来排有种，而甲、乙也存在顺序变化，所以甲、乙相邻排法种数为=48种，（2）排除甲乙之外的3人，形成4个空，再把甲乙插入空位有=72，（3）甲不在排头，并且乙不在排尾排法种数为：﹣2+=78种，（4）因为甲、乙、丙共有3！种顺序，所以甲在乙前，并且乙在丙前排法种数为：÷3！=20种，8．（2017春•南岸区校级期中）现由某校高二年级四个班学生34人，其中一、二、三、四班分别为7人、8人、9人、10人，他们自愿组成数学课外小组．（1）选其中一人为负责人，有多少种不同的选法？（2）每班选一名组长，有多少种不同的选法？（3）推选二人做中心发言，这二人需来自不同的班级，有多少种不同的选法？【解答】解：（1）根据题意，四个班共34人，要求从34人中，选其中一人为负责人，即有C341=34种选法；（2）根据题意，分析可得：从一班选一名组长，有7种情况，从二班选一名组长，有8种情况，从三班选一名组长，有9种情况，从四班选一名组长，有10种情况，所以每班选一名组长，共有不同的选法N=7×8×9×10=5040（种）．（3）根据题意，分六种情况讨论，①从一、二班学生中各选1人，有7×8种不同的选法；②从一、三班学生中各选1人，有7×9种不同的选法，③从一、四班学生中各选1人，有7×10种不同的选法；④从二、三班学生中各选1人，有8×9种不同的选法；⑤从二、四班学生中各选1人，有8×10种不同的选法；⑥从三、四班学生中各选1人，有9×10种不同的选法，所以共有不同的选法N=7×8+7×9+7×10+8×9+8×10+9×10=431（种）．9．（2017春•诸暨市校级期中）7人站成一排，求满足下列条件的不同站法：（1）甲、乙两人相邻；（2）甲、乙之间隔着2人；（3）若7人顺序不变，再加入3个人，要求保持原先7人顺序不变；（4）甲、乙、丙3人中从左向右看由高到底（3人身高不同）的站法；（5）若甲、乙两人去坐标号为1，2，3，4，5，6，7的七把椅子，要求每人两边都有空位的坐法．【解答】解：（1）（捆绑法），把甲乙二人捆绑在一起，再和其他5人全排列，故有种，（2）（捆绑法），先从5人选2人放着甲乙二人之间，并捆绑在一起，再和其他3人全排列，故有种，（3）（插空法），原先7人排列形成8个空，先插入1人，再从形成的9个空再插入1人，再从10个空中插入1人，故有种，（4）（分步计数法），从7人中任取3人，如a，b，c，则改变原位置站法有2种，b，c，a和c，a，b，固有种，（5）（定序法），先全排列，再除以顺序数，故有种，10．（2017春•广东期中）用0，1，2，3，4，5，6这七个数字：（1）能组成多少个无重复数字的四位奇数？（2）能组成多少个无重复数字且为5的倍数的五位数？（3）能组成多少个无重复数字且比31560大的五位数？【解答】解：（1）根据题意，分3步进行分析：①、个位从1，3，5选择一个，有种选法，②、千位数字不可选0，从剩下的5个中选一个，有种选法，③、在剩下的5个数字中选出2个，安排在百位、十位数字，有A52种选法，则个无重复数字的四位奇数；（2）分2种情况讨论：①、个位数上的数字是0，在其余的4个数字中任选4个，安排在前4个数位，有种情况，则此时的五位数有个；②、个位数上的数字是5，首位数字不可选0，从剩下的5个中选一个，有种选法，在剩下的5个数字中选出3个，安排在中间3个数位，有种情况，则此时符合条件的五位数有个．故满足条件的五位数的个数共有个；（3）符合要求的比31560大的五位数可分为四类：第一类：形如4□□□□，5□□□□，6□□□□，共个；第二类：形如32□□□，34□□□，35□□□，36□□□共有个；第三类：形如316□□，共有个；第四类：形如3156□，共有2个；由分类加法计数原理知，无重复数字且比31560大的四位数共有：个．11．（2017春•吉林期中）有4个不同的球，4个不同的盒子，把球全部放入盒内：（1）恰有1个盒内有2个球，共有几种放法？（2）恰有2个盒不放球，共有几种放法？【解答】解：（1）根据题意，分三步进行分析：第一步，从4个小球中取两个小球，有C42种方法；第二步，将取出的两个小球放入一个盒内，有C41种方法；第三步，在剩下的三个盒子中选两个放剩下的两个小球，有A32种方法；由分步计数原理，共有C42•C41•A32=144种放法．（2）根据题意，分2种情况讨论：第一类，一个盒子放3个小球，一个盒子放1个小球，两个盒子不放小球有C41•C43•C31=48种方法；第二类，有两个盒子各放2个小球，另两个盒子不放小球有C42•C42=36种方法；由分类计数原理，共有48+36=84种放法．12．（2017秋•鄱阳县校级期中）现有10个教师其中男教师6名，女教师4名；（1）现要从中选2名去参加会议，有多少种不同的选法？（2）现要从中选出男教师、女教师各2名去参加会议，有多少种不同的选法？【解答】解：（1）根据题意，要求从10人中任选2人，则不同的选取方法有C102=45种，（2）根据题意，分2步分析：①、先在6名男教师中任选2人，有C62=15种取法，②、再在4名女教师中任选2人，有C42=6种取法，则不同的选取方法有15×6=90种．13．（2017春•集宁区校级期中）袋中装有大小相同的4个红球和6个白球，从中取出4个球．（1）若取出的球必须是两种颜色，则有多少种不同的取法？（2）若取出的红球个数不少于白球个数，则有多少种不同的取法？（3）取出一个红球记2分，取出一个白球记1分，若取4球的总分不低于5分，则有多少种不同的取法？【解答】（12分）（每小问4分）解：（1）分三类：3红1白，2红2白，1红3白这三类，由分类加法计数原理有：++=194（种）．（2）分三类：4红，3红1白，2红2白，由分类加法计数原理共有：C44+C43C61+C42C62=115（种）．（3）由题意知，取4球的总分不低于5，只要取出的4个球中至少一个红球即可．因此共有取法：C41C63+C42C62+C43C61+C44=195（种）．14．（2017春•玉田县期中）有甲、乙、丙、丁、戊5位同学，求：（1）5位同学站成一排，甲、戊不在两端有多少种不同的排法？（2）5位同学站成一排，要求甲乙必须相邻，丙丁不能相邻，有多少种不同的排法？（3）将5位同学分配到三个班，每班至少一人，共有多少种不同的分配方法？【解答】解：（1）根据题意，分2步进行分析：①、甲、戊不在两端，在中间的三个位置任选2个，安排甲、戊2人，有A32=6种排法，②、将乙、丙、丁三人安排在剩下的三个位置，有A33=6种排法，则甲、戊不在两端有种排法；（2）分3步进行分析：①、将甲乙看成一个整体，考虑甲乙之间的顺序，有A22=2种情况，②、将这个整体与戊2人全排列，有A22=2种顺序，排好后，有3个空位，③、在3个空位中任选2个，安排丙丁，有A32=6种情况，则共有2×2×6=24种不同的排列方法；（3）分2步进行分析：①、将5个同学分成3组，若分成1、1、3的三组，有=10种分法，若分成1、2、2的三组，有=15种分法，则一共有10+15=25种分组方法；②、将分好的三组对应三个班，有A33=6种情况，则一共有25×6=150种不同的分配方法．15．（2017春•大丰市校级期中）现有2位男生和3位女生共5位同学站成一排．（用数字作答）（1）若2位男生相邻且3位女生相邻，则共有多少种不同的排法？（2）若男女相间，则共有多少种不同的排法？（3）若男生甲不站两端，女生乙不站最中间，则共有多少种不同的排法？【解答】解：（1）利用捆绑法，可得共有A22A22A33=24种不同的排法；（2）利用插空法，可得共有A22A33=12种不同的排法；（3）利用间接法，可得共有A55﹣3A44+C21A33=60种不同的排法．16．（2017春•新市区校级月考）现有4名男生、3名女生站成一排照相．（结果用数字表示）（1）女生甲不在排头，女生乙不在排尾，有多少种不同的站法？（2）女生不相邻，有多少种不同的站法？（3）女生甲要在女生乙的右方，有多少种不同的站法？【解答】解：（1）根据题意，分2种情况讨论：①、女生甲排在队尾，女生乙有6个位置可选，剩下的5人全排列，安排在其他5个位置，有A55种情况，此时有6×A55=720种站法；②女生甲排不在队尾，女生甲有5个位置可选，女生乙不在排尾，女生乙有5个位置可选，剩下的5人全排列，安排在其他5个位置，有A55种情况，此时有5×5×A55=3000种站法；则一共有720+3000=3720（2）根据题意，分2步进行分析：①、将4名男生全排列，有A44=24种顺序，排好后包括两端，有5个空位，②、在5个空位中任选3个，安排3名女生，有A53=60种情况，则此时有24×60=1440种站法；（3）根据题意，将7人全排列，有A77=5040种顺序，女生甲在女生乙的右方与女生甲在女生乙的左方的数目相同，则女生甲要在女生乙的右方的排法有×A77=2520种情况．17．（2017春•江西月考）有3名男生，4名女生，在下列不同要求下，求不同的排列方法种数：（1）选其中5人排成一排（2）全体排成一排，甲不站在排头也不站在排尾（3）全体排成一排，男生互不相邻（4）全体排成一排，甲、乙两人中间恰好有3人．【解答】解：（1）选其中5人排成一排，有A75=2520种方法，不同的排列方法共有2520种；（2）先安排排头与排尾，有A62=30种顺序，将剩余5名学生进行全排列，有A55=120种方法，甲不站在排头也不站在排尾的排法有30×120=3600种；（3）将4名女生进行全排列，有A44=24种顺序，排好后有5个空位，在5个空位中任选3个，安排3名男生，有A53=60种情况，则男生互不相邻的排法有24×60=1440种；（4）先安排甲乙2人，有A22=2种方法，在剩余的5人中任选3人，排在甲乙2人之间，有A53=60种情况，将5人看成一个元素，与剩余的2人进行全排列，有A33=6种排法；则全体排成一排，甲、乙两人中间恰好有3人有2×60×6=720种排法．18．（2017秋•西陵区校级月考）4位学生与2位教师并坐合影留念，针对下列各种坐法，试问：各有多少种不同的坐法？（1）教师必须坐在正中间；（2）教师不能坐在两端，但要坐在一起；（3）教师不能坐在两端，且不能相邻．【解答】解：（1）根据题意，分2步进行分析：①、教师先坐中间的两个位置，有种方法；②、将4名学生全排列，再坐其余位置，有种方法．则共有•=48种坐法．（2）根据题意，分2步进行分析：①、教师不能坐在两端，且要相邻，在中间的4个位置中相邻的情况有3种，在其中任选1个来安排2名教师，有C31种方法；②、将4名学生全排列，再坐其余位置，有种方法．则共有C31•=144种坐法．（3）根据题意，分2步进行分析：①、先将4名学生排成一列，有种方法，排好后除去2端，有3个空位可用，②、在3个空位中，任选2个，安排两名老师，有A32种方法，则共有=144种坐法．。