数学选修2-3基础知识点.docx
《数学选修2-3基础知识点.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数学选修2-3基础知识点.docx(12页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、数学选修数学选修 2-32-3本书重点:排列组合、概率第一章第一章计数原理计数原理第二章第二章概率概率一、基础知识1加法原理:做一件事有 n 类办法,在第 1 类办法中有 m1种不同的方法,在第 2 类办法中有 m2种不同的方法,在第 n 类办法中有 mn种不同的方法,那么完成这件事一共有 N=m1+m2+mn种不同的方法。2 乘法原理:做一件事,完成它需要分 n 个步骤,第 1 步有 m1种不同的方法,第 2 步有 m2种不同的方法,第 n 步有 mn种不同的方法,那么完成这件事共有 N=m1m2mn种不同的方法。3排列与排列数:从 n 个不同元素中,任取 m(mn)个元素,按照一定顺序排成
2、一列,叫做从 n 个不同元素中取出 m 个元素的一个排列,从 n 个不同元素中取出 m 个(mn)元素的所有排列个数,叫做从 n 个不同元素中取出 m 个元素的排列数,用mnA表示,mnA=n(n-1)(n-m+1)=)!(!mnn,其中 m,nN,mn,注:一般地0nA=1,0!=1,nnA=n!。4N 个不同元素的圆周排列数为nAnn=(n-1)!。5组合与组合数:一般地,从 n 个不同元素中,任取 m(mn)个元素并成一组,叫做从 n 个不同元素中取出 m 个元素的一个组合,即从 n 个不同元素中不计顺序地取出 m 个构成原集合的一个子集。从 n 个不同元素中取出 m(mn)个元素的所有
3、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,用mnC表示:.)!(!)1()1(mnmnmmnnnCmn6【了解】组合数的基本性质:(1)mnnmnCC;(2)11nnmnmnCCC;(3)knknCCkn11;(4)nnkknnnnnCCCC2010;(5)111kmkkmkkkkkCCCC;(6)knmnmkknCCC。7定理 1:不定方程 x1+x2+xn=r 的正整数解的个数为11nrC。证明将 r 个相同的小球装入 n 个不同的盒子的装法构成的集合为 A,不定方程 x1+x2+xn=r 的正整数解构成的集合为 B,A 的每个装法对应 B 的唯一一个解,因而构成映射,
4、不同的装法对应的解也不同,因此为单射。反之 B 中每一个解(x1,x2,xn),将 xi作为第 i 个盒子中球的个数,i=1,2,n,便得到 A 的一个装法,因此为满射,所以是一一映射,将 r 个小球从左到右排成一列,每种装法相当于从 r-1 个空格中选n-1 个,将球分 n 份,共有11nrC种。故定理得证。推论 1不定方程 x1+x2+xn=r 的非负整数解的个数为.1rrnC推论 2从 n 个不同元素中任取 m 个允许元素重复出现的组合叫做 n 个不同元素的 m 可重组合,其组合数为.1mmnC8二项式定理:若 nN+,则(a+b)n=nnnrrnrnnnnnnnbCbaCbaCbaCa
5、C222110.其中第 r+1项 Tr+1=rnrrnrnCbaC,叫二项式系数。9随机事件:在一定条件下可能发生也可能不发生的事件叫随机事件。在大量重复进行同一试验时,事件 A 发生的频率nm总是接近于某个常数,在它附近摆动,这个常数叫做事件 A 发生的概率,记作 p(A),0p(A)1.10.等可能事件的概率,如果一次试验中共有 n 种等可能出现的结果,其中事件 A 包含的结果有 m 种,那么事件 A 的概率为 p(A)=.nm11.互斥事件:不可能同时发生的两个事件,叫做互斥事件,也叫不相容事件。如果事件 A1,A2,An彼此互斥,那么 A1,A2,An中至少有一个发生的概率为p(A1+
6、A2+An)=p(A1)+p(A2)+p(An).12对立事件:事件 A,B 为互斥事件,且必有一个发生,则 A,B 叫对立事件,记 A 的对立事件为A。由定义知 p(A)+p(A)=1.13相互独立事件:事件 A(或 B)是否发生对事件 B(或 A)发生的概率没有影响,这样的两个事件叫做相互独立事件。14相互独立事件同时发生的概率:两个相互独立事件同时发生的概率,等于每个事件发生的概率的积。即 p(AB)=p(A)p(B).若事件 A1,A2,An相互独立,那么这 n 个事件同时发生的概率为 p(A1A2 An)=p(A1)p(A2)p(An).15.独立重复试验:若 n 次重复试验中,每次
7、试验结果的概率都不依赖于其他各次试验的结果,则称这 n 次试验是独立的.16.独立重复试验的概率:如果在一次试验中,某事件发生的概率为p,那么在n次独立重复试验中,这个事件恰好发生 k 次的概率为 pn(k)=knCpk(1-p)n-k.17离散型随机为量的分布列:如果随机试验的结果可以用一个变量来表示,那么这样的变量叫随机变量,例如一次射击命中的环数就是一个随机变量,可以取的值有 0,1,2,10。如果随机变量的可能取值可以一一列出,这样的随机变量叫离散型随机变量。一般地,设离散型随机变量可能取的值为x1,x2,xi,取每一个值xi(i=1,2,)的概率p(=xi)=pi,则称表x1x2x3
8、xipp1p2p3pi为随机变量的概率分布,简称的分布列,称 E=x1p1+x2p2+xnpn+为的数学期望或平均值、均值、简称期望,称 D=(x1-E)2p1+(x2-E)2p2+(xn-E)2pn+为的均方差,简称方差。D叫随机变量的标准差。18二项分布:如果在一次试验中某事件发生的概率是 p,那么在 n 次独立重复试验中,这个事件恰好发生 k 次的概率为 p(=k)=knkknqpC,的分布列为01xiNpnnqpC00111nnqpCknkknqpCnnnpC此时称服从二项分布,记作B(n,p).若B(n,p),则 E=np,D=npq,以上 q=1-p.19.几何分布:在独立重复试验
9、中,某事件第一次发生时所做试验的次数也是一个随机变量,若在一次试验中该事件发生的概率为 p,则 p(=k)=qk-1p(k=1,2,),的分布服从几何分布,E=p1,D=2pq(q=1-p).二、基础例题【必会】1乘法原理。例 1有 2n 个人参加收发电报培训,每两个人结为一对互发互收,有多少种不同的结对方式?解将整个结对过程分 n 步,第一步,考虑其中任意一个人的配对者,有 2n-1 种选则;这一对结好后,再从余下的 2n-2 人中任意确定一个。第二步考虑他的配对者,有 2n-3 种选择,这样一直进行下去,经 n 步恰好结 n 对,由乘法原理,不同的结对方式有(2n-1)(2n-3)31=.
10、)!(2)!2(nnn2加法原理。例 2图 13-1 所示中没有电流通过电流表,其原因仅因为电阻断路的可能性共有几种?解断路共分 4 类:1)一个电阻断路,有 1 种可能,只能是 R4;2)有 2 个电阻断路,有24C-1=5 种可能;3)3 个电阻断路,有34C=4 种;4)有 4 个电阻断路,有 1 种。从而一共有 1+5+4+1=11 种可能。3插空法。例 310 个节目中有 6 个演唱 4 个舞蹈,要求每两个舞蹈之间至少安排一个演唱,有多少种不同的安排节目演出顺序的方式?解先将 6 个演唱节目任意排成一列有66A种排法,再从演唱节目之间和前后一共 7 个位置中选出 4 个安排舞蹈有47
11、A种方法,故共有4766AA=604800 种方式。4映射法。例 4如果从 1,2,14 中,按从小到大的顺序取出 a1,a2,a3使同时满足:a2-a13,a3-a23,那么所有符合要求的不同取法有多少种?解 设 S=1,2,14,S=1,2,10;T=(a1,a2,a3)|a1,a2,a3 S,a2-a1 3,a3-a23,T=(321,aaa)321321,|aaaSaaaS,若),(321Taaa,令4,2,332211aaaaaa,则(a1,a2,a3)T,这样就建立了从T到 T 的映射,它显然是单射,其次若(a1,a2,a3)T,令4,2,332211aaaaaa,则),(321T
12、aaa,从而此映射也是满射,因此是一一映射,所以|T|=310|CT=120,所以不同取法有 120 种。5贡献法。例 5已知集合 A=1,2,3,10,求 A 的所有非空子集的元素个数之和。解设所求的和为 x,因为 A 的每个元素 a,含 a 的 A 的子集有 29个,所以 a 对 x 的贡献为 29,又|A|=10。所以 x=1029.另 解 A 的 k 元 子 集 共 有kC10个,k=1,2,10,因 此,A 的 子 集 的 元 素 个 数 之 和 为)(101029919091010210110CCCCCC1029。6容斥原理。例 6由数字 1,2,3 组成 n 位数(n3),且在
13、n 位数中,1,2,3 每一个至少出现 1 次,问:这样的 n位数有多少个?解用 I 表示由 1,2,3 组成的 n 位数集合,则|I|=3n,用 A1,A2,A3分别表示不含 1,不含 2,不含 3的由 1,2,3 组成的 n 位数的集合,则|A1|=|A2|=|A3|=2n,|A1A2|=|A2A3|=|A1A3|=1。|A1A2A3|=0。所以由容斥原理|A1A2A3|=|32131AAAAAAjijiii=32n-3.所以满足条件的 n 位数有|I|-|A1A2A3|=3n-32n+3 个。7递推方法。例 7用 1,2,3 三个数字来构造 n 位数,但不允许有两个紧挨着的 1 出现在
14、n 位数中,问:能构造出多少个这样的 n 位数?解设能构造 an个符合要求的 n 位数,则 a1=3,由乘法原理知 a2=33-1=8.当 n3 时:1)如果 n 位数的第一个数字是 2 或 3,那么这样的 n 位数有 2an-1;2)如果 n 位数的第一个数字是 1,那么第二位只能是2 或 3,这样的 n 位数有 2an-2,所以 an=2(an-1+an-2)(n3).这里数列an的特征方程为 x2=2x+2,它的两根为x1=1+3,x2=1-3,故 an=c1(1+3)n+c2(1+3)n,由 a1=3,a2=8 得3223,323221cc,所以.)31()31(34122nnna8算
15、两次。例 8m,n,rN N+,证明:.022110mrnrmnrmnrmnrCCCCCCCCCmn证明从 n 位太太与 m 位先生中选出 r 位的方法有rmnC种;另一方面,从这 n+m 人中选出 k 位太太与r-k 位 先 生 的 方 法 有krmknCC种,k=0,1,r。所 以 从 这 n+m 人 中 选 出 r 位 的 方 法 有0110mrnrmnrmnCCCCCC种。综合两个方面,即得式。9母函数。例 9一副三色牌共有 32 张,红、黄、蓝各 10 张,编号为 1,2,10,另有大、小王各一张,编号均为 0。从这副牌中任取若干张牌,按如下规则计算分值:每张编号为 k 的牌计为 2
16、k分,若它们的分值之和为 2004,则称这些牌为一个“好牌”组,求好牌组的个数。解对于 n1,2,2004,用 an表示分值之和为 n 的牌组的数目,则 an等于函数 f(x)=(1+02x)2(1+12x)3(1+102x)3的展开式中 xn的系数(约定|x|1),由于 f(x)=x11(1+02x)(1+12x)(1+102x)3=)1()1)(1(11123xxx3=)1()1)(1(111222xxx3。而0 2004211,所 以an等 于22)1)(1(1xx的 展 开 式 中xn的 系 数,又 由 于22)1)(1(1xx=211x2)1(1x=(1+x2+x3+x2k+)1+2
17、x+3x2+(2k+1)x2k+,所以 x2k在展开式中的系数为 a2k=1+3+5+(2k+1)=(k+1)2,k=1,2,从而,所求的“好牌”组的个数为 a2004=10032=1006009.10组合数knC的性质。例 10证明:kmC12 是奇数(k1).证明kmC12=kkkkmmmmmm222211221)112()22)(12(令 i=it2pi(1ik),pi为奇数,则iitmititmppppmiiiii22222,它的分子、分母均为奇数,因kmC12 是整数,所以它只能是若干奇数的积,即为奇数。例 11对 n2,证明:.422nnnnC 证 明 1)当 n=2 时,2224
18、C=642;2)假 设 n=k 时,有 2kkkC24k,当 n=k+1 时,因 为.1)12(2!)!1()!12(2)!1()!1()!1(221)1(2kkkkCkkkkkkkkC又1)12(22kk4,所以 2k+1121)1(22442kkkkkkkCCC.所以结论对一切 n2 成立。11二项式定理的应用。例 12若 nN,n2,求证:.3112nn证明首先,2111112210nnnnnnnnCnCnCCn其次因为)2(111)1(1!1!)1()1(1kkkkkkknknnnnCkkkn,所以nn112+.3131113121211121122nnnnCnCnnnn得证。例 13
19、证明:).(110nmhCCCmnhknkhmkn证明首先,对于每个确定的 k,等式左边的每一项都是两个组合数的乘积,其中hmknC是(1+x)n-k的展开式中 xm-h的系数。hkC是(1+y)k的展开式中 yk的系数。从而hmknChkC就是(1+x)n-k(1+y)k的展开式中 xm-hyh的系数。于是,hknkhmknCC0就是nkkknyx0)1()1(展开式中 xm-hyh的系数。另一方面,nkkknyx0)1()1(=yxyCxCyxyxnkkknnkkknnn10110111)1()1()1()1(=101nkkknxCyxyxkk=101nkknC(xk-1+xk-2y+yk
20、-1),上式中,xm-hyh项的系数恰为11mnC。所以.110mnnkhkhmknCCC12概率问题的解法。例 14如果某批产品中有 a 件次品和 b 件正品,采用有放回的抽样方式从中抽取 n 件产品,问:恰好有 k件是次品的概率是多少?解把 k 件产品进行编号,有放回抽 n 次,把可能的重复排列作为基本事件,总数为(a+b)n(即所有的可能结果)。设事件A表示取出的n件产品中恰好有k件是次品,则事件A所包含的基本事件总数为knCakbn-k,故所求的概率为 p(A)=.)(nknkknbabaC例 15将一枚硬币掷 5 次,正面朝上恰好一次的概率不为 0,而且与正面朝上恰好两次的概率相同,
21、求恰好三次正面朝上的概率。解 设 每 次 抛 硬 币 正 面 朝 上 的 概 率 为 p,则 掷 5 次 恰 好 有 k 次 正 面 朝 上 的 概 率 为kkpC5(1-p)5-k(k=0,1,2,5),由题设4153225)1()1(ppCppC,且 0p1,化简得31p,所以恰好有 3 次正面朝上的概率为.3434032312335C例 16甲、乙两个乒乓球运动员进行乒乓球比赛,已知每一局甲胜的概率为 0.6,乙胜的概率为 0.4,比赛时可以用三局二胜或五局三胜制,问:在哪一种比赛制度下,甲获胜的可能性大?解(1)如果采用三局两胜制,则甲在下列两种情况下获胜:A12:0(甲净胜二局),A
22、22:1(前二局甲一胜一负,第三局甲胜).p(A1)=0.60.6=0.36,p(A2)=12C0.60.40.6=0.288.因为 A1与 A2互斥,所以甲胜概率为 p(A1+A2)=0.648.(2)如果采用五局三胜制,则甲在下列三种情况下获胜:B13:0(甲净胜 3 局),B23:1(前 3 局甲 2胜 1 负,第四局甲胜),B33:2(前四局各胜 2 局,第五局甲胜)。因为 B1,B2,B2互斥,所以甲胜概率为 p(B1+B2+B3)=p(B1)+p(B2)+p(B3)=0.63+23C0.620.40.6+24C0.620.420.6=0.68256.由(1),(2)可知在五局三胜制
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数学 选修 基础 知识点
限制150内