高中排列组合问题解法大全(新版)

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1.基本的分组问题
例4六本不同的书,分为三组,求在下列条件下各有多少种不同的分配方法?
(1)每组两本.
(2)一组一本,一组二本,一组三本.
(3)一组四本,另外两组各一本.
分析:(1)分组与顺序无关,是组合问题。分组数是 =90(种),这90种分组实际上重复了6次。我们不妨把六本不同的书写上1、2、3、4、5、6六个号码,考察以下两种分法:(1,2)(3,4)(5,6)与(3,4)(1,2)(5,6),由于书是均匀分组的,三组的本数一样,又与顺序无关,所以这两种分法是同一种分法。以上的分组方法实际上加入了组的顺序,因此还应取消分组的顺序,即除以组数的全排列数 ,所以分法是 =15(种)。(2)先分组,方法是 ,那么还要不要除以 ?我们发现,由于每组的书的本数是不一样的,因此不会出现相同的分法,即共有 =60(种)分法。
例10设集合A={1,2,3,4},B={6,7,8},A为定义域,B为值域,则从集合A到集合B的不同的函数有多少个?
分析:由于集合A为定义域,B为值域,即集合A、B中的每个元素都有“归宿”,而集合B的每个元素接受集合A中对应的元素的数目不限,所以此问题实际上还是分组后分配的问题。先考虑分组,集合A中4个元素分为三组,各组的元素数目分别为1、1、2,则共有 (种)分组方法。再考虑分配,即排列,再乘以 ,所以共有 =36(个)不同的函数。
例3.1名老师和4名获奖同学排成一排照相留念,若老师不站两端则有不同的排法有多少种?
解析:老师在中间三个位置上选一个有 种,4名同学在其余4个位置上有 种方法;所以共有 种.
四.分组分配:n个不同元素按照某些条件分配给k个不同得对象,称为分配问题,分定向分配和不定向分配两种问题;将n个不同元素按照某些条件分成k组,称为分组问题.分组问题有不平均分组、平均分组、和部分平均分组三种情况。分组问题和分配问题是有区别的,前者组与组之间只要元素个数相同是不区分的;而后者即使2组元素个数相同,但因对象不同,仍然是可区分的.对于后者必须先分组后排列。
种.
九.对等问题缩倍法:在排列问题中限制某几个元素必须保持一定的顺序,可用缩小倍数的方法.
例19. 五人并排站成一排,如果 必须站在 的右边( 可以不相邻)那么不同的排法种数是
A、24种 B、60种 C、90种 D、120种
解析: 在 的右边与 在 的左边排法数相同,所以题设的排法只是5个元素全排列数的一半,即 种,选 .
= =1001(种)。
所以, 展开式中共有1001项。
点评:准确理解隔板法的使用条件,是使用隔板法求 展开式中的项数的理论依据。
3.求n元一次方程组的非负整数解。
例14、求方程 + +…+ =7的正整数解的个数。
解:用7个相同的小球代表数7,用5个标有 、 、…、 的5个不同的盒子表示未知数 、 、…、 ,要得到方程 + +…+ =7的正整数解的个数,可分以下两步完成。第一步:从7个相同的小球中任取5个放入5个不同的盒子中,仅有1种放法;第二步:把剩余的2个小球放入5个不同的盒中,由隔板法知,此时有 种放法。由分步计数原理知,共有 种不同放法。我们把标有 (i=1,2,…,5)的每个盒子得到的小球数 (i=1,2,…,5; ),记作: = 。这样,将7个相同的小球放入5个不同的盒子中的每一种放法,就对应着方程 + +…+ =7的每一组解( , ,…, )。
结论2.一般地,如果把不同的元素分配给几个不同对象,并且每个不同对象可接受的元素个数没有限制,那么实际上是先分组后排列的问题,即分组方案数乘以不同对象数的全排列数。
通过以上分析不难得出解不定向分配题的一般原则:先分组后排列。
例7六本不同的书,分给甲、乙、丙三人,每人至少一本,有多少种分法?
分析:六本书和甲、乙、丙三人都有“归宿”,即书要分完,人不能空手。因此,考虑先分组,后排列。先分组,六本书怎么分为三组呢?有三类分法(1)每组两本(2)分别为一本、二本、三本(3)两组各一本,另一组四本。所以根据加法原理,分组法是 + + =90(种)。再考虑排列,即再乘以 。所以一共有540种不同的分法。
(3)分组方法是 =30(种),那么其中有没有重复的分法呢?我们发现,其中两组的书的本数都是一本,因此这两组有了顺序,而与四本书的那一组,由于书的本数不一样,不可能重复。所以实际分法是 =15(种)。
通过以上三个小题的分析,我们可以得出分组问题的一般方法。
结论1:一般地,n个不同的元素分成p组,各组内元素数目分别为m ,m ,…,m ,其中k组内元素数目相等,那么分组方法数是 。
例2.七人并排站成一行,如果甲乙两个必须不相邻,那么不同的排法种数是
A、1440种 B、3600种 C、4820种 D、4800种
解析:除甲乙外,其余5个排列数为 种,再用甲乙去插6个空位有 种,不同的排法种数是 种,选 .
三.特殊元素或特殊位置优限法:优先解决带限制条件的元素或位置,或说“先解决特殊元素或特殊位置”
解析:看成一排,某2个元素在前半段四个位置中选排2个,有 种,某1个元素排在后半段的四个位置中选一个有 种,其余5个元素任排5个位置上有 种,故共有 种排法.
十一.圆排问题线排法:把 个不同元素放在圆周 个无编号位置上的排列,顺序(例如按顺时钟)不同的排法才算不同的排列,而顺序相同(即旋转一下就可以重合)的排法认为是相同的,它与普通排列的区别在于只计顺序而首位、末位之分,下列 个普通排列: 在圆排列中只算一种,因为旋转后可以重合,故认为相同, 个元素的圆排列数有 种.因此可将某个元素固定展成线排,其它的 元素全排列.
2.基本的分配的问题
(1)定向分配问题
例5六本不同的书,分给甲、乙、丙三人,求在下列条件下各有多少种不同的分配方法?
(1)甲两本、乙两本、丙两本.
(2)甲一本、乙两本、丙三本.
(3)甲四本、乙一本、丙一本.
分析:由于分配给三人,每人分几本是一定的,属分配问题中的定向分配问题,由分布计数原理不难解出:分别有 =90(来自百度文库), =60(种), =30(种)。
解析2:至少要甲型和乙 型电视机各一台可分两种情况:甲型1台乙型2台;甲型2台乙型1台;故不同的取法有 台,选 .
例16.(1)以正方体的顶点为顶点的四面体共有
A、70种 B、64种 C、58种 D、52种
解析:正方体8个顶点从中每次取四点,理论上可构成 四面体,但6个表面和6个对角面的四个顶点共面都不能构成四面体,所以四面体实际共有 个.
把20个相同的球放入4个不同的盒子,每个盒子至少有3个小球,有多少种不同方法?
把20个相同的球放入编号为2,3,4,5的4个盒子,每个盒子的小球数不少于编号数,有多少种不同方法?
把20个相同的球放入4个不同的盒子,盒子可以空,有多少种不同方法?
1.指标分配问题。
例12、某校召开学生会议,要将10个学生代表名额,分配到某年级的6个班中,若每班至少1个名额,又有多少种不同分法?C
五.相同元素隔板法及应用:
情形1:将n件相同的物品或(名额)分配给m个(或位置),允许若干个人或(位置)为空。将n件物品和m-1个隔板排成一排,占n+m-1个位置,从n+m-1个位置选m-1位置放隔板,有 种。
情形2:将n件相同的物品或(名额)分配给m个(或位置),每个位置必须有物品,有 种。
例11.把20个相同的球放入4个不同的盒子,每个盒子都不空,有多少种不同方法?
十.多排问题单排法:把元素排成几排的问题可归结为一排考虑,再分段处理.
例20.(1)6个不同的元素排成前后两排,每排3个元素,那么不同的排法种数是
A、36种 B、120种 C、720种 D、1440种
解析:前后两排可看成一排的两段,因此本题可看成6个不同的元素排成一排,共 种,选 .
(2)8个不同的元素排成前后两排,每排4个元素,其中某2个元素要排在前排,某1个元素排在后排,有多少种不同排法?
例21.5对姐妹站成一圈,要求每对姐妹相邻,有多少种不同站法?
解析:首先可让5位姐姐站成一圈,属圆排列有 种,然后在让插入其间,每位均可插入其姐姐的左边和右边,有2种方式,故不同的安排方式 种不同站法.
3.分配问题的变形问题
例8四个不同的小球放入编号为1,2,3,4的四个盒子中,恰有一个空盒的放法有多少种?
分析:恰有一个空盒,则另外三个盒子中小球数分别为1,1,2。实际上可转化为先将四个不同的小球分为三组,两组各1个,另一组2个,分组方法有 (种),然后将这三组(即三个不同元素)分配给四个小盒(不同对象)中的3个的排列问题,即共有 =144(种)。
例9有甲、乙、丙三项任务,甲需2人承担,乙、丙各需1人承担,从10人中选派4人承担这三项任务,不同的选法有多少种?
分析:先考虑分组,即10人中选4人分为三组,其中两组各一人,另一组二人,共有 (种)分法。再考虑排列,甲任务需2人承担,因此2人的那个组只能承担甲任务,而一个人的两组既可承担乙任务又可承担丙任务,所以共有 =2520(种)不同的选法。
七.综合问题先选后排
例17.(1)四个不同球放入编号为1,2,3,4的四个盒中,则恰有一个空盒的放法有多少种?
解析:“先取”四个球中二个为一组,另二组各一个球的方法有 种,“再排”在四个盒中每次排3个有 种,故共有 种.
(2)9名乒乓球运动员,其中男5名,女4名,现在要进行混合双打训练,有多少种不同的分组方法?
= = =15(个)
所以,方程 + +…+ =7的正整数解共有15个。
六.至多,至少问题排除法
例15.从4台甲型和5台乙型电视机中任取3台,其中至少要甲型和乙型电视机各一台,则不同的取法共有
A、140种 B、80种 C、70种 D、35种
解析1:逆向思考,至少各一台的反面就是分别只取一种型号,不取另一种型号的电视机,故不同的取法共有 种,选.
解析:先取男女运动员各2名,有 种,这四名运动员混和双打练习有 中排法,故共有 种.
八.交叉问题集合法:某些排列组合问题几部分之间有交集,可用集合中求元素个数公式 .
例18.从6名运动员中选出4人参加4×100米接力赛,如果甲不跑第一棒,乙不跑第四棒,共有多少种不同的参赛方案?
解析:设全集={6人中任取4人参赛的排列},A={甲跑第一棒的排列},B={乙跑第四棒的排列},根据求集合元素个数的公式得参赛方法共有:
2.求n项展开式的项数。
例13、求 展开式中共有多少项?
解:用10个相同的小球代表幂指数10,用5个标有 、 、…、 的5个不同的盒子表示数 、 、…、 ,将10个相同的小球放入5个不同的盒子中,把标有 (i=1,2,…,5)每个盒子得到的小球数 (i=1,2,…,5; ),记作 的 次方。这样,将10个相同的小球放入5个不同的盒子中的每一种放法,就对应着展开式中的每一项。由隔板法知,这样的放法共有 种,故 的展开式中共有 项。
(2)不定向分配问题
例6六本不同的书,分给甲、乙、丙三人,求在下列条件下各有多少种不同的分配方法?
(1)每人两本.
(2)一人一本、一人两本、一人三本.
(3)一人四本、一人一本、一人一本.
分析:此组题属于分配中的不定向分配问题,是该类题中比较困难的问题。由于分配给三人,同一本书给不同的人是不同的分法,所以是排列问题。实际上可看作“分为三组,再将这三组分给甲、乙、丙三人”,因此只要将分组方法数再乘以 ,即 =90(种), =360(种) =90(种)。
(2)四面体的顶点和各棱中点共10点,在其中取4个不共面的点,不同的取法共有
A、150种 B、147种 C、144种 D、141种
解析:10个点中任取4个点共有 种,其中四点共面的有三种情况:①在四面体的四个面上,每面内四点共面的情况为 ,四个面共有 个;②过空间四边形各边中点的平行四边形共3个;③过棱上三点与对棱中点的三角形共6个.所以四点不共面的情况的种数是 种.
排列组合问题解法大全
一.相邻问题捆绑法:题目中规定相邻的几个元素捆绑成一个组,当作一个大元素参与排列.
例1. 五人并排站成一排,如果 必须相邻且 在 的右边,那么不同的排法种数有
A、60种 B、48种 C、36种 D、24种
解析:把 视为一人,且 固定在 的右边,则本题相当于4人的全排列, 种。
二.相离问题插空法:元素相离(即不相邻)问题,可先把无位置要求的几个元素全排列,再把规定的相离的几个元素插入上述几个元素的空位和两端.
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