第1讲 计数原理二项式定理精选文档.ppt
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1、第1讲计数原理二项式定理本讲稿第一页,共三十八页2.2.排列与组合排列与组合(1 1)排列:从)排列:从n n个不同元素中,任取个不同元素中,任取m m(m m n n)个)个元素,按照一定的顺序排成一列,叫做从元素,按照一定的顺序排成一列,叫做从n n个不同个不同元素中取出元素中取出m m个元素的一个排列个元素的一个排列.从从n n个不同元素中个不同元素中取出取出m m个元素的排列数公式是个元素的排列数公式是=n n(n n-1 1)()(n n-2 2)(n n-m m+1+1)或写成)或写成=.(2 2)组合:从)组合:从n n个不同元素中,任取个不同元素中,任取m m(m m n n)
2、个)个元素合成一组,叫做从元素合成一组,叫做从n n个不同元素中取出个不同元素中取出m m个元个元素的一个组合素的一个组合.从从n n个不同元素中取出个不同元素中取出m m个元素的组个元素的组合数公式是合数公式是或写成或写成本讲稿第二页,共三十八页(3 3)组合数的性质组合数的性质 =,=+.=+.3.3.二项式定理二项式定理 (1 1)定理:定理:(a+ba+b)n n=a=an n+a+an-n-1 1b+ab+an-n-2 2b b2 2+a an-rn-rb br r+b+bn n(r(r=0,1,2,=0,1,2,n).n).(2 2)二项展开式的通项二项展开式的通项 T Tr+r+
3、1 1=a=an-rn-rb br r,r r=0=0,1 1,2 2,n n,其中,其中 叫做二叫做二 项式系数项式系数.(3 3)二项式系数的性质二项式系数的性质 对称性:与首末两端对称性:与首末两端“等距离等距离”两项的二项式系两项的二项式系 数相等,数相等,即即 =,=,=,.本讲稿第三页,共三十八页最大值:当最大值:当n n为偶数时,中间的一项的二项式系数为偶数时,中间的一项的二项式系数 取得最大值;当取得最大值;当n n为奇数时,中间的两项的二项为奇数时,中间的两项的二项 式系数式系数 ,相等,且同时取得最大值相等,且同时取得最大值.各二项式系数的和各二项式系数的和 a a.+.+
4、=+=2 2n n;b b.+.+=+=+.=2 2n n=2 2n-n-1 1.本讲稿第四页,共三十八页一一、两个计数原理的应用两个计数原理的应用 例例1 1 某中学拟于下学期在高一年级开设矩阵与变换、某中学拟于下学期在高一年级开设矩阵与变换、信息安全与密码、开关电路与布尔代数等三门数学信息安全与密码、开关电路与布尔代数等三门数学选修课程,在计划任教高一年级的选修课程,在计划任教高一年级的1010名数学教师中,有名数学教师中,有3 3人人只能任教矩阵与变换,有只能任教矩阵与变换,有2 2人只能任教信息安全与密人只能任教信息安全与密码,另有码,另有3 3人只能任教开关电路与布尔代数,这三门人只
5、能任教开关电路与布尔代数,这三门课程都能任教的只有课程都能任教的只有2 2人,现要从这人,现要从这1010名教师中选出名教师中选出9 9人,分人,分别担任这三门选修课程的任课教师,且每门课程安排别担任这三门选修课程的任课教师,且每门课程安排3 3名教名教师任教,则不同的安排方案共有师任教,则不同的安排方案共有 .本讲稿第五页,共三十八页思维启迪思维启迪 本题可以根据已知条件作出韦恩图,然后分本题可以根据已知条件作出韦恩图,然后分4 4种情况讨论没有任教的老师,得到答案种情况讨论没有任教的老师,得到答案.解析解析 按逻辑顺序作出如图所示的韦恩图按逻辑顺序作出如图所示的韦恩图.本讲稿第六页,共三十
6、八页由韦恩图知,没有任教的老师可分为由韦恩图知,没有任教的老师可分为4 4类情况类情况.第一类,没有任教的老师是只能任教信息安全与密码的第一类,没有任教的老师是只能任教信息安全与密码的2 2位教师中的一位,则任教信息安全与密码的老师由三门课位教师中的一位,则任教信息安全与密码的老师由三门课都能任教的都能任教的2 2位老师来补充,有位老师来补充,有2 2种选法;种选法;第二类,没有任教的老师来自于三门课都能任教的第二类,没有任教的老师来自于三门课都能任教的2 2位老师中位老师中的一位,则剩下的一位老师只能任教信息安全与密码,有的一位,则剩下的一位老师只能任教信息安全与密码,有2 2种选法;种选法
7、;第三类,没有任教的老师来自于只能任教矩阵与变换第三类,没有任教的老师来自于只能任教矩阵与变换的的3 3位老师中的一位,则需从三门课都能任教的位老师中的一位,则需从三门课都能任教的2 2位老师中位老师中选选1 1位来补充,共有位来补充,共有3232种选法;种选法;本讲稿第七页,共三十八页第四类,没有任教的老师来自于只能任教开关电路与布第四类,没有任教的老师来自于只能任教开关电路与布尔代数的尔代数的3 3位老师中的一位,则需从三门课都能任教的位老师中的一位,则需从三门课都能任教的2 2位老师中选位老师中选1 1位来补充,共有位来补充,共有3232种选法,故共有种选法,故共有2+2+32+32=1
8、62+2+32+32=16种选法种选法.探究提高探究提高解决此类题目的难点在于根据谁来分类,分解决此类题目的难点在于根据谁来分类,分类的标准是什么,故考虑问题时,首先要注意分类讨论的类的标准是什么,故考虑问题时,首先要注意分类讨论的对象和分类讨论的标准对象和分类讨论的标准.变式训练变式训练1 1(1 1)()(20092009湖南理,湖南理,5 5)从)从1010名大学毕业生名大学毕业生中选中选3 3人担任村长助理,则甲、乙至少有人担任村长助理,则甲、乙至少有1 1人入选,而丙没有入人入选,而丙没有入选的不同选法的种数为(选的不同选法的种数为()答案答案1616本讲稿第八页,共三十八页A.85
9、A.85B.56B.56C.49C.49D.28D.28解析解析丙不入选的选法有丙不入选的选法有=84=84(种)(种),甲乙丙都不入选的选法有甲乙丙都不入选的选法有=35=35(种)(种).所以甲、乙至少有一人入选,而丙不入选的选法有所以甲、乙至少有一人入选,而丙不入选的选法有84-84-35=4935=49种种.答案答案CC(2 2)()(20082008全国全国文,文,1212)将)将1 1,2 2,3 3填入填入3333的方格中,要的方格中,要求每行、每列都没有重复数字,求每行、每列都没有重复数字,右面是一种填法,则不同的填写右面是一种填法,则不同的填写方法共有方法共有()A.6A.6
10、种种B.12B.12种种C.24C.24种种D.48D.48种种本讲稿第九页,共三十八页解析解析由于由于3333方格中方格中,每行、每列均每行、每列均没有重复数字,因此可从中间斜对角没有重复数字,因此可从中间斜对角线填起线填起.如图中的如图中的,当,当全为全为1 1时,时,有有2 2种(即第一行第种(即第一行第2 2列为列为2 2或或3 3,当第,当第二列填二列填2 2时,第三列只能填时,第三列只能填3 3,当第一行填完后,其他行的数,当第一行填完后,其他行的数字便可确定),当字便可确定),当全为全为2 2或或3 3时,分别有时,分别有2 2种,共有种,共有6 6种;当种;当分别为分别为1 1
11、,2 2,3 3时,也共有时,也共有6 6种种.共共1212种种.答案答案BB本讲稿第十页,共三十八页二、二、排列组合排列组合 例例2 2有有3 3名男生,名男生,4 4名女生,按下述要求,分别求出名女生,按下述要求,分别求出其不同排列的种数其不同排列的种数.(1 1)选其中)选其中5 5人排成一行;人排成一行;(2 2)全体排成一行,其中甲只能在中间或者在两头)全体排成一行,其中甲只能在中间或者在两头的位置;的位置;(3 3)全体排成一行,其中甲乙必须在两头;)全体排成一行,其中甲乙必须在两头;(4 4)全体排成一行,其中甲不在首,乙不在尾;)全体排成一行,其中甲不在首,乙不在尾;(5 5)
12、全体排成一行,其中男、女生各站在一起;)全体排成一行,其中男、女生各站在一起;(6 6)全体排成一行,其中男生必须排在一起;)全体排成一行,其中男生必须排在一起;(7 7)全体排成一行,其中男生、女生都各不相邻;)全体排成一行,其中男生、女生都各不相邻;(8 8)全体排成一行,其中男生不能全排在一起;)全体排成一行,其中男生不能全排在一起;本讲稿第十一页,共三十八页(9 9)全体排成一行,其中甲、乙、丙按自左至右的)全体排成一行,其中甲、乙、丙按自左至右的顺序保持不变;顺序保持不变;(1010)全体排成前后两排,前排)全体排成前后两排,前排3 3人,后排人,后排4 4人;人;(1111)全体排
13、成一行,甲、乙两人间恰有)全体排成一行,甲、乙两人间恰有3 3人人.本讲稿第十二页,共三十八页思维启迪思维启迪(1 1)要考虑特殊元素、特殊位置优先安排的)要考虑特殊元素、特殊位置优先安排的原则原则.(2 2)要注意剔除法、插空法的应用)要注意剔除法、插空法的应用.解解(1 1)此题为选排列问题,共有)此题为选排列问题,共有种排法种排法.(2 2)此题为条件排列问题,可分步完成,首先在中间)此题为条件排列问题,可分步完成,首先在中间或两头之一排甲,共有或两头之一排甲,共有种方法;其次在所剩的种方法;其次在所剩的6 6个位置上对其余个位置上对其余6 6人进行全排列,共有人进行全排列,共有6 6!
14、种方法!种方法.依乘依乘法原理,所有不同的排列数为法原理,所有不同的排列数为N N=6 6!=36=36!.(3 3)仿()仿(2 2)先排甲、乙共)先排甲、乙共种排法,其余种排法,其余5 5人尚人尚有有种排法,故共有种排法,故共有2 2!5 5!种排法!种排法.(4 4)由于甲不在首,乙不在尾,所以就首位而言,排乙与)由于甲不在首,乙不在尾,所以就首位而言,排乙与不排乙可分两类,当乙排在首位时,其余皆无限制,共有不排乙可分两类,当乙排在首位时,其余皆无限制,共有6 6!种排法,当乙不在首位时,可分步种排法,当乙不在首位时,可分步本讲稿第十三页,共三十八页完成先排乙有完成先排乙有种方法,再排甲
15、应有种方法,再排甲应有种方法种方法.最后其余各元素尚有最后其余各元素尚有种排法,故共有种排法,故共有种排法种排法.依加法原理,所有不同的排列种数为依加法原理,所有不同的排列种数为N N=6=6!+=6=6!+255+255!=315=315!.(5 5)可将男、女同学各)可将男、女同学各“并并”为一个元素,其排法有为一个元素,其排法有种,又男同学的排法有种,又男同学的排法有种,女同学的排法有种,女同学的排法有种,由乘法原理,所有不同的排列数为种,由乘法原理,所有不同的排列数为N N=.(6 6)可先将男生)可先将男生“并并”为一个元素,女生一人为为一个元素,女生一人为1 1个元素,个元素,先进
16、行全排列共先进行全排列共种排法,又男生间排列有种排法,又男生间排列有种排种排法,故共有法,故共有种排法种排法.本讲稿第十四页,共三十八页(7 7)不相邻问题常以不相邻问题常以“插空插空”法处理,先排男生有法处理,先排男生有种排法,此三人中间及两端恰有种排法,此三人中间及两端恰有4 4空供不相邻的女生排空供不相邻的女生排列,有列,有种排法,从而共有种排法,从而共有种不种不同的排列同的排列.(8 8)首先审清题意,男生不能全排在一起,并不是说男生都首先审清题意,男生不能全排在一起,并不是说男生都不相邻,即男生可有两人是相邻的,而女生是否相邻,是否有不相邻,即男生可有两人是相邻的,而女生是否相邻,是
17、否有几人相邻则均无限制,由此不难明白,此题若直接排列较麻烦,几人相邻则均无限制,由此不难明白,此题若直接排列较麻烦,有有(6 6)题可鉴,用题可鉴,用“正难则反正难则反”之法突破则易,即从之法突破则易,即从7 7人的人的全排列中除去男生皆相邻的情况即得,故所求不同排列数为全排列中除去男生皆相邻的情况即得,故所求不同排列数为N N=-.本讲稿第十五页,共三十八页(9 9)排列问题的关键在于)排列问题的关键在于“顺序顺序”,而此题中的甲、乙、,而此题中的甲、乙、丙三人的顺序是一定的,此三人在任三个位置上的全排列数为丙三人的顺序是一定的,此三人在任三个位置上的全排列数为种,但其中只有一种合乎要求,于
18、是可先将种,但其中只有一种合乎要求,于是可先将7 7人进行全排列,人进行全排列,其中每含一个其中每含一个即有一个合乎条件的排列存在,故所求不同的排列种数为即有一个合乎条件的排列存在,故所求不同的排列种数为:N N=/=/有趣的是有趣的是/=/=,又可给我们一个新的,又可给我们一个新的思路:男生顺序一定即男生无须排列,只需在思路:男生顺序一定即男生无须排列,只需在7 7个位置中选个位置中选4 4个位置将女生进行排列即可个位置将女生进行排列即可.(1010)前后二排形式变化,顺序之实质犹存,其排法仍为)前后二排形式变化,顺序之实质犹存,其排法仍为种种.本讲稿第十六页,共三十八页(1111)先选)先
19、选3 3人排在甲、乙之间,有人排在甲、乙之间,有种排法,又种排法,又此甲、乙排列有此甲、乙排列有种,再种,再“并并”此此5 5人为一元素与人为一元素与其余其余2 2人全排列有人全排列有种,故共种,故共种种.探究提高探究提高本题主要考查排列、组合问题,这是高考的常见本题主要考查排列、组合问题,这是高考的常见题型题型.求解这类问题的常用方法为:(求解这类问题的常用方法为:(1 1)以元素为主)以元素为主.应先满应先满足特殊元素的要求,再考虑其他元素,如本题第(足特殊元素的要求,再考虑其他元素,如本题第(2 2)问)问.(2 2)以位置为主)以位置为主.即先满足特殊位置的要求,再考虑其他位即先满足特
20、殊位置的要求,再考虑其他位置,如本题第(置,如本题第(4 4)问)问.(3 3)先不考虑附加条件,计算出排列)先不考虑附加条件,计算出排列数或组合数,再减去不符合要求的排列数或组合数数或组合数,再减去不符合要求的排列数或组合数,如本题第如本题第(8 8)问)问.前两种方式叫做直接解法,后一种方式叫做间接前两种方式叫做直接解法,后一种方式叫做间接本讲稿第十七页,共三十八页(剔除)解法(剔除)解法.在求解这类问题时,常常要注意避免在求解这类问题时,常常要注意避免“选取选取”时重复和遗漏的错误时重复和遗漏的错误.解排列、组合问题,常用的方法有:解排列、组合问题,常用的方法有:直接计算法与间接(剔除)
21、计算法;分类法与分步法;元素直接计算法与间接(剔除)计算法;分类法与分步法;元素分析法和位置分析法;插空法和捆绑法等分析法和位置分析法;插空法和捆绑法等.变式训练变式训练22有六种不同的工作分配给有六种不同的工作分配给6 6个人担任,每个人个人担任,每个人只能担任一种工作,甲只能担任其中某两项工作,而乙只能担任一种工作,甲只能担任其中某两项工作,而乙不能担任这两项工作,则共有多少种不同的分配方法?不能担任这两项工作,则共有多少种不同的分配方法?解解方法一方法一(元素分析法):甲担任允许他担任的两项工作(元素分析法):甲担任允许他担任的两项工作中的一项,有中的一项,有种方法;乙担任其余四项工作中
22、的一项,种方法;乙担任其余四项工作中的一项,有有种方法,其他种方法,其他4 4人担任剩下的四项人担任剩下的四项本讲稿第十八页,共三十八页工作,有工作,有种方法种方法.所以共有分配方法所以共有分配方法=2424=192(=2424=192(种种).).方法二方法二(位置分析法):先由其余(位置分析法):先由其余4 4人选出人选出1 1人人,有有种方法;种方法;让乙不能担任的两项工作分配给甲和刚选让乙不能担任的两项工作分配给甲和刚选出的那个人担任,有出的那个人担任,有种方法;剩下的四项工作分种方法;剩下的四项工作分配给余下的配给余下的4 4个人担任,有个人担任,有种方法种方法.所以共有分所以共有分
23、配配方法方法=4224=192(=4224=192(种种).).本讲稿第十九页,共三十八页三、三、求二项展开式的通项、指定项求二项展开式的通项、指定项例例3 3 (1-21-2x x)n n的展开式中第的展开式中第6 6项与第项与第7 7项的系数的绝对值项的系数的绝对值相等,则展开式中系数最大的项和系数绝对值最大的项分别相等,则展开式中系数最大的项和系数绝对值最大的项分别为为 .思维启迪思维启迪 (1 1)利用通项公式,列方程求利用通项公式,列方程求n.n.(2 2)利用通项公式表示出项的系数,列不等式组,确定利用通项公式表示出项的系数,列不等式组,确定系数绝对值最大的项系数绝对值最大的项.解
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