高中数学竞赛之组合计数
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组合计数(一)
一、基础知识
(一)、两条基本原理
1、(加法原理)如果完成某件事有n 类互相排斥的办法,在第1类办法中有1m 种方法,在第2类办法中有2m 种方法,……,在第n 类办法中有n m 种方法,那么完成这件事共有
n m m m N +++= 21种不同的方法.
2、(乘法原理)如果完成某件事需要分n 个互相独立的步骤,做第1步有1m 种方法,做第2步有2m 种方法,……,做第n 步有n m 种方法,只有依次完成每个步骤,才能完成这件事,那么
完成这件事共有n m m m N ⋅⋅⋅= 21种不同的方法.
(二)、排列及排列数公式
1、定义1:(排列)从n 个不同的元素中任取)(n m m ≤个元素(各不相同),按照一定的顺序排列成一列,叫做从n 个不同元素中取出m 个元素的一个排列.
2、定义2:(排列数)从n 个不同的元素中任取)(n m m ≤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,记做m
n A . 3、排列数公式:!
)(!
)1()2)(1(m n n m n n n n A m
n -=
+---= ,N n m ∈,,且n m ≤.
4、全排列公式:!12)2)(1(n n n n A n
n =⋅--= .
(三)、组合及组合数公式
1、定义3:(组合)从n 个不同的元素中任取)(n m m ≤个元素(各不相同)并成一组,叫做从n 个不同元素中取出m 个元素的一个组合.
2、定义4:(组合数) 从n 个不同的元素中任取)(n m m ≤个元素的所有组合的个数,叫做从n 个不同元素中取出m 个元素的组合数,记做m
n C .
3、组合数公式:!)(!!!)
1()2)(1(m n m n m m n n n n A A C m m
m
n m
n
-=
+---== . 4、组合数的两个性质:
(1)m n n m n C C -=; (2)1
1-++=m n m n m n C C C .
(四)、几种特殊排列与组合
1、圆排列:将从n 个不同的元素首尾排成一圈,称为n 个相异元素的圆排列,这种排列的个数为!)1(-n .
2、可重复的排列:从n 个不同的元素中取m 个元素(同一元素允许重复取出),按照一定的顺序排列成一列,叫做从n 个不同元素中取m 个元素的可重复排列.这种排列的个数为m
n .
3、可重复的组合:从n 个不同的元素中取m 个元素(同一元素允许重复取出)并成一组,叫做从n 个不同元素中取m 个元素的可重复组合.这种组合的个数为m
m n C 1-+.
4、不全相异元素的全排列:如果n 个元素中,分别有k n n n ,,,21 个元素相同,且
n n n n k =+++ 21,则这n 个元素的全排列称为不全相异元素的全排列.这种排列的个数为
!
!!!
21k n n n n ⋅⋅⋅ .
5、多重组合:把n 个相异元素分为)(n k k ≤个不同的组,其中第i 组有i n 个元素(,,,2,1k i =n n n n k =+++ 21),则不同的分组方法的种数为
!
!!!
21k n n n n ⋅⋅⋅ .
(五)两个重要结论
(1)、不定方程)(21m n n x x x m ≥=+++ 的正整数解的组数为1
1--m n C ;
(2)、不定方程n x x x m =+++ 21的非负整数解的组数为n
m n m m n C C 111-+--+=.
二、典型问题选讲
问题1、12名同学合影,站成前排4人后排8人,现摄影师要从后排8人中抽2人调整到前排,若其他人的相对顺序不变,求不同调整方法的总数.
问题2、7个人并排站成一排,
(1) 如果甲必须站在正中间,有多少种排法? (2) 如果甲乙两人必须站在两端,有多少种排法? (3) 如果甲乙两人必须相邻,有多少种排法? (4) 如果甲乙两人必须不相邻,有多少种排法?
(5) 如果甲乙两人中间必须恰有2人,有多少种排法?
(6) 如果甲乙丙三人之间都恰好有1个其他人,有多少种排法? (7) 如果甲乙丙三人两两不相邻,有多少种排法?
问题3、4男4女交替坐在圆桌旁,有多少种坐法?
问题4、10个男生和5个女生聚餐,围坐在圆桌旁,任意两个女生不相邻的坐法有多少种?
问题5、将3面红旗、4面蓝旗、2面黄旗依次挂在旗杆上,求组成不同的标志的种数.
问题6、求不定方程15210321=++++x x x x 的正整数解的组数.
问题7、求不定方程233332254321=++++x x x x x 的正整数解的组数.
问题8、在世界杯足球赛前,F 国教练为了考察721,,,A A A 这七名队员,准备让他们在三场训练比赛(每场90分钟)都上场.假设在比赛的任何时刻,这些队员中有且仅有一人在场上,并且4321,,,A A A A 每人上场的总时间(以分钟为单位)均能被7整除,765,.,A A A 每人上场的总时间(以分钟为单位)均能被13整除.如果每场换人次数不限,那么按每名队员上场的总时间计算,共有多少种不同的情况.
问题9、求各位数字之和等于11的3位数的个数.
问题10、如果自然数a 的各位数字之和等于7,那么就称a 为“吉祥数”.将所有“吉祥数”从小到大排成一列 ,,,321a a a ,若2005=n a ,则=n a 5 .
问题11、将24个志愿者名额分配给3个学校,问每校至少有1名额且各校名额互不相同的分配方法有多少种?
问题12、甲、乙两队各出7名队员按事先安排好的顺序出场参加围棋擂台赛,双方
先由号队员比赛,负者被淘汰,胜者再与负方2号队员比赛,依次类推,直到有一方队员全被淘汰为止,另一方获得胜利,形成一种比赛过程,求所有可能出现的比赛过程的种数.
问题13、如果从数14,,2,1 中,按由小到大的顺序取出321,,a a a ,使同时满足
3,32312≥-≥-a a a a ,那么,所有符合上述要求的不同取法有多少种?
问题14、设10021,,,a a a 是100,,3,2,1 的任意排列,部分和11a S =,212a a S +=,
,3213a a a S ++=,10021100a a a S +++= .若数列)1001}({≤≤j S j 中的每一项都不被3
整除,问这样的排列有多少个?