排列組合問題在實(shí)際應(yīng)用中是非常廣泛的,并且在實(shí)際中的解題方法也是比較復(fù)雜的,下面就通過一些實(shí)例來總結(jié)實(shí)際應(yīng)用中的解題技巧。
1.排列的定義:從n個不同元素中,任取m個元素,按照一定的順序排成一列,叫做從n個不同元素中取出m個元素的一個排列。
2.組合的定義:從n個不同元素中,任取m個元素,并成一組,叫做從n個不同元素中取出m個元素的一個組合。
3.排列數(shù)公式:
4.組合數(shù)公式:
5.排列與組合的區(qū)別與聯(lián)系:與順序有關(guān)的為排列問題,與順序無關(guān)的為組合問題。
例1 學(xué)校組織老師學(xué)生一起看電影,同一排電影票12張。8個學(xué)生,4個老師,要求老師在學(xué)生中間,且老師互不相鄰,共有多少種不同的坐法?
分析 此題涉及到的是不相鄰問題,并且是對老師有特殊的要求,因此老師是特殊元素,在解決時(shí)就要特殊對待。所涉及問題是排列問題。
解 先排學(xué)生共有種排法,然后把老師插入學(xué)生之間的空檔,共有7個空檔可插,選其中的4個空檔,共有種選法。根據(jù)乘法原理,共有的不同坐法為種。
結(jié)論1 插入法:對于某兩個元素或者幾個元素要求不相鄰的問題,可以用插入法。即先排好沒有限制條件的元素,然后將有限制條件的元素按要求插入排好元素的空檔之中即可。
例2 5個男生3個女生排成一排,3個女生要排在一起,有多少種不同的排法?
分析 此題涉及到的是排隊(duì)問題,對于女生有特殊的限制,因此,女生是特殊元素,并且要求她們要相鄰,因此可以將她們看成是一個元素來解決問題。
解 因?yàn)榕旁谝黄,所以可以?個女生看成是一個人,與5個男生作全排列,有種排法,其中女生內(nèi)部也有種排法,根據(jù)乘法原理,共有種不同的排法。
結(jié)論2 捆綁法:要求某幾個元素必須排在一起的問題,可以用捆綁法來解決問題。即將需要相鄰的元素合并為一個元素,再與其它元素一起作排列,同時(shí)要注意合并元素內(nèi)部也可以作排列。
例3 高二年級8個班,組織一個12個人的年級學(xué)生分會,每班要求至少1人,名額分配方案有多少種?
分析 此題若直接去考慮的話,就會比較復(fù)雜。但如果我們將其轉(zhuǎn)換為等價(jià)的其他問題,就會顯得比較清楚,方法簡單,結(jié)果容易理解。
解 此題可以轉(zhuǎn)化為:將12個相同的白球分成8份,有多少種不同的分法問題,因此須把這12個白球排成一排,在11個空檔中放上7個相同的黑球,每個空檔最多放一個,即可將白球分成8份,顯然有種不同的放法,所以名額分配方案有種。
結(jié)論3 轉(zhuǎn)化法:對于某些較復(fù)雜的、或較抽象的排列組合問題,可以利用轉(zhuǎn)化思想,將其化歸為簡單的、具體的問題來求解。
例4 袋中有5分硬幣23個,1角硬幣10個,如果從袋中取出2元錢,有多少種取法?
分析 此題是一個組合問題,若是直接考慮取錢的問題的話,情況比較多,也顯得比較凌亂,難以理出頭緒來。但是如果根據(jù)組合數(shù)性質(zhì)考慮剩余問題的話,就會很容易解決問題。
解 把所有的硬幣全部取出來,將得到0.05×23+0.10×10=2.15元,所以比2元多0.15元,所以剩下0.15元即剩下3個5分或1個5分與1個1角,所以共有種取法。
結(jié)論4 剩余法:在組合問題中,有多少取法,就有多少種剩法,他們是一一對應(yīng)的,因此,當(dāng)求取法困難時(shí),可轉(zhuǎn)化為求剩法。
例5 期中安排考試科目9門,語文要在數(shù)學(xué)之前考,有多少種不同的安排順序?
分析 對于任何一個排列問題,就其中的兩個元素來講的話,他們的排列順序只有兩種情況,并且在整個排列中,他們出現(xiàn)的機(jī)會是均等的,因此要求其中的某一種情況,能夠得到全體,那么問題就可以解決了。并且也避免了問題的復(fù)雜性。
解 不加任何限制條件,整個排法有種,“語文安排在數(shù)學(xué)之前考”,與“數(shù)學(xué)安排在語文之前考”的排法是相等的,所以語文安排在數(shù)學(xué)之前考的排法共有種。
結(jié)論5 對等法:在有些題目中,它的限制條件的肯定與否定是對等的,各占全體的二分之一。在求解中只要求出全體,就可以得到所求。
例6 我們班里有43位同學(xué),從中任抽5人,正、副班長、團(tuán)支部書記至少有一人在內(nèi)的抽法有多少種?
分析 此題若是直接去考慮的話,就要將問題分成好幾種情況,這樣解題的話,容易造成各種情況遺漏或者重復(fù)的情況。而如果從此問題相反的方面去考慮的話,不但容易理解,而且在計(jì)算中也是非常的簡便。這樣就可以簡化計(jì)算過程。
解 43人中任抽5人的方法有種,正副班長,團(tuán)支部書記都不在內(nèi)的抽法有種,所以正副班長,團(tuán)支部書記至少有1人在內(nèi)的抽法有種。
結(jié)論6 排異法:有些問題,正面直接考慮比較復(fù)雜,而它的反面往往比較簡捷,可以先求出它的反面,再從整體中排除。
練習(xí)1 某人射擊8槍,命中4槍,那么命中的4槍中恰有3槍是連中的情形有幾種?
練習(xí)2 一排8個座位,3人去坐,每人兩邊至少有一個空座的坐法有多少種?
練習(xí)3 馬路上有編號為1,2,3,……10的十只路燈,為節(jié)約電而不影響照明,可以把其中的三只路燈關(guān)掉,但不能同時(shí)關(guān)掉相鄰的兩只或三只,也不能關(guān)掉馬路兩端的燈,問滿足條件的關(guān)燈方法有多少種?
練習(xí)4 A、B、C、D、E五人站成一排,如果B必須站在A的右邊,那么不同的站法有多少種?
練習(xí)5 某電路有5個串聯(lián)的電子元件,求發(fā)生故障的不同情形數(shù)目?
小結(jié):
解決排列組合應(yīng)用題的一些解題技巧,具體有插入法,捆綁法,轉(zhuǎn)化法,剩余法,對等法,排異法;對于不同的題目,根據(jù)它們的條件,我們就可以選取不同的技巧來解決問題。對于一些比較復(fù)雜的問題,我們可以將幾種技巧結(jié)合起來應(yīng)用,便于我們迅速準(zhǔn)確地解題。在這些技巧中所涉及到的數(shù)學(xué)思想方法,例如:分類討論思想,變換思想,特殊化思想等等,要在應(yīng)用中注意掌握。
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