专题24 排列组合与二项式定理(学生版).docx
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1、 方法技巧专题 24 排列组合与二项式定理 一、 排列组合与二项式定理知识框架 二、与排列相关的常见问题 【一】特殊元素、特殊位置的排列问题特殊元素、特殊位置的排列问题解法:(1) 以元素为主体:即先满足特殊元素的要求,再考虑其他元素;(2) 以位置为主体:即先满足特殊位置的要求,再考虑其他位置.1.例题【例1】有名学生排成一排,求分别满足下列条件的排法种数,要求列式并给出计算结果.(1)甲不在两端;(2)甲、乙相邻;(3)甲、乙、丙三人两两不得相邻;(4)甲不在排头,乙不在排尾。【例2】毕业季有位好友欲合影留念,现排成一排,如果:(1)、两人不排在一起,有几种排法?(2)、两人必须排在一起,
2、有几种排法?(3)不在排头,不在排尾,有几种排法?2.巩固提升综合练习【练习1】用0,1,2,3,4这五个数字组成无重复数字的自然数()在组成的三位数中,求所有偶数的个数;()在组成的三位数中,如果十位上的数字比百位上的数字和个位上的数字都小,则称这个数为“凹数”,如301,423等都是“凹数”,试求“凹数”的个数;【练习2】7个人排成一排,按下列要求各有多少种排法?其中甲不站排头,乙不站排尾;其中甲、乙、丙3人两两不相邻;其中甲、乙中间有且只有1人;其中甲、乙、丙按从左到右的顺序排列【二】相邻元素的排列问题相邻元素的排列问题解法捆绑法:即先把排在一起的元素(个)捆绑成一个版块(有种方法);再
3、把版块当作一个“大元素”与其他元素进行排列.1.例题【例1】7人排成一排(1) 甲、乙、丙排在一起,共有多少种排法?(2) 甲、乙相邻,丙、丁相邻,共有多少种排法?(3) 甲、乙、丙排在一起,且都不在两端,共有多少种排法?(4) 甲、乙、丙排在一起,且甲在两端,共有多少种排法?(5) 甲、乙之间恰有2人,共有多少种排法?(6) 甲、乙之间是丙,共有多少种排法?2.巩固提升综合练习【练习1】有本互不相同的书,其中数学书本,英语书本,语文书本,若将这些书排成一列放在书架上,则数学书恰好排在一起,英语书也恰好排在一起的排法共有_种.(用数值回答)【练习2】A,B,C,D,E,F六人围坐在一张圆桌周围
4、开会,A是会议的中心发言人,必须坐最北面的椅子,B,C二人必须坐相邻的两把椅子,其余三人坐剩余的三把椅子,则不同的座次有( )A60种B48种C30种D24种【练习3】“仁义礼智信”为儒家“五常”由孔子提出“仁、义、礼”,孟子延伸为“仁、义、礼、智”,董仲舒扩充为“仁、义、礼、智、信”.将“仁义礼智信”排成一排,“仁”排在第一位,且“智信”相邻的概率为( )ABCD【练习4】某小区有排成一排的8个车位,现有5辆不同型号的轿车需要停放,则这5辆轿车停入车位后,剩余3个车位连在一起的概率为_(结果用最简分数表示).【解析】5辆轿车停入车位后,剩余3个车位连在一起的方法数有种,8个车位任意停5辆车子
5、方法数为,所以概率为故答案为:【三】不相邻元素的排列问题将个不同元素与个不同元素进行排列,要求这个元素互不相邻,求排列数时,使用插空法,具体方法如下:个不同元素在个不同元素中插空,先把个元素排好,有种排法;个不同元素有个空,将个不同元素放入这个空中,有种排法;由分步乘法计数原理,共有种排法.1.例题【例1】7人排成一排(1)甲、乙、丙互不相邻,共有多少种排法?(2)甲、乙相邻,丙、丁不相邻,共有多少种排法?(3)甲、乙不相邻,丙、乙不相邻,共有多少种排法?【解析】(1)共种排法;(2)甲、乙版块有种排法,与其余3人共4人排列有,丙、丁在5个空中插空,共种排法;(3)甲、乙、丙互不相邻,共种排法
6、;甲、丙相邻成版块有种排法,与乙在其余4人中插空,共种排法,所以,共有1440+960=2400种排法.【例2】老况、老王、老顾、小周、小郭和两位王女士共7人要排成一排拍散伙纪念照.(1)若两位王女士必须相邻,则共有多少种排队种数?(2)若老王与老况不能相邻,则共有多少种排队种数?(3)若两位王女士必须相邻,若老王与老况不能相邻,小郭与小周不能相邻,则共有多少种排队种数?【答案】(1);(2);(3);【解析】(1)首先把两位女士捆绑在一起看做一个符合元素,和另外5人全排列,故有种,(2)将老王与老况插入另外5人全排列所形成的6个空的两个,故有种,(3)首先把两位女士捆绑在一起看做一个符合元素
7、,再将老王与老况(或小郭与小周)插入到符合元素和老顾全排列所形成的3个空中的2个,此时形成了5个空,将小郭与小周(或老王与老况)插入其中,故有种2.巩固提升综合练习【练习1】某大型联欢会准备从含甲、乙的6个节目中选取4个进行演出,要求甲、乙2个节目中至少有一个参加,且若甲、乙同时参加,则他们演出顺序不能相邻,那么不同的演出顺序的种数为( )A720B520C600D264【解析】若甲、乙两节目只有一个参加,则演出顺序的种数为:,若甲、乙两节目都参加,则演出顺序的种数为:;因此不同的演出顺序的种数为.故选:D.【练习2】有红色、黄色小球各两个,蓝色小球一个,所有小球彼此不同,现将五球排成一行,颜
8、色相同者不相邻,不同的排法共有( )种A48B72C78D84【解析】五个小球全排列共有:种排法当两个红色小球与两个黄色小球都相邻时,共有:种排法当两个红色小球相邻,两个黄色小球不相邻时,共有:种排法当两个红色小球不相邻,两个黄色小球相邻时,共有:种排法颜色相同的小球不相邻的排法共有:种排法故选:【练习3】2019年11月5日,第二届中国国际进口博览会在国家会展中心(上海)开幕,共有155个国家和地区,26个国际组织参加.现有甲、乙、丙、丁、戊、己六家企业参加某主题展览活动,每个企业一个展位.在排成一排的6个展位中,甲、乙、丙三个企业两两互不相邻的排法有_ 种.【解析】先安排丁、戊、己共有种再
9、安排甲、乙、丙,插入四个空位中,共有种则甲、乙、丙三个企业两两互不相邻的排法有,故答案为:144【练习4】现有5个不同编号的小球,其中黑色球2个,白色球2个,红色球1个,若将其随机排成一列,则相同颜色的球都不相邻的概率是_.【解析】由题意,5个不同的小球全排列为,同一色的有种,同二色的有种情况.故同一颜色的小球不相邻的排列总数有种.故相同颜色的球都不相邻的概率是.故答案为:【四】含定序元素的排列问题含定序元素的排列问题常规方法:(1)全排消序法(除法):对于某几个元素按一定的顺序排列问题,可先把这几个元素与其他元素一同进行全排列,然后用总的排列数除以这几个元素的全排列数;即先全排,再除以定序元
10、素的全排列。如:个元素的全排列中若有()个元素必须按照一定顺序排列,这个元素相邻或不相邻不受限制,其排列数为:.(2)逐一插入法:先排好个元素,只有1种排法;剩下的个元素一个一个地插空,其排列数为:.(3)只选不排法:先从个位置中选出个位置,排列这个元素有种,剩下的个元素在剩下的个位置进行排列,有种,共有.1.例题【例1】4男3女排成一排,且4男不等高,4男自左向右从高到矮的顺序排列,有多少种排法?【解析】(1)方法一,全排消序法:先全排列,再消除因4男有序造成的影响,所以共有种排法;(2) 方法二,逐一插入法:4男自左向右从高到矮的顺序排列后,第一个女的插入空当中,有5种方法;第二个女的插入
11、空当中,有6种方法;第三个女的插入空当中,有7种方法;所以共有种排法;(3) 方法三,只选不排法 先选定4男的位置,有种,3人可以任意排列,有种,所以共有=210种排法.【例2】某工程队有5项工程需要单独完成,其中工程乙必须在工程甲完成后才能进行,工程丙必须在工程乙完成后立即进行那么安排这5项工程的不同排法种数是_.(用数字作答)【解析】由题意得乙丙相邻,甲与乙丙定顺序,所以安排这项工程的不同排法种数是.2.巩固提升综合练习【练习1】用1,2,3,4,5,6,7排出无重复数字的七位数,按下述要求各有多少个?(1)偶数不相邻;(2)偶数一定在奇数位上;(3)1和2之间恰夹有一个奇数,没有偶数;(
12、4)三个偶数从左到右按从小到大的顺序排列【答案】(1)1440 (2)576 (3)720 (4)840(1)用插空法,共有AA1440(个)(2)先把偶数排在奇数位上有A种排法,再排奇数有A种排法,所以共有AA576(个)(3)在1和2之间放一个奇数有A种方法,把1,2和相应的奇数看成整体和其他4个数进行排列有A种排法,所以共有AAA720(个)(4)七个数的全排列为A,三个数的全排列为A,所以满足要求的七位数有840(个)【练习2】7人站成一排(1)甲必须在乙的前面(不一定相邻),则有多少种不同的排列方法;(2)甲、乙、丙三人自左向右的顺序不变(不一定相邻),则有多少不同的排列方法【答案】
13、(1)2520(2)840【解析】(1)甲在乙前面的排法种数占全体全排列种数的一半,故有2520种不同的排法(2)甲、乙、丙自左向右的顺序保持不变,即甲、乙、丙自左向右顺序的排法种数占全排列种数的.故有840种不同的排法 三、与组合相关的常见问题 【一】有限制条件的抽(选)取问题有限制条件的抽(选)取问题,主要有两类:(1)“含”与“不含”问题:其解法常用直接分步法,即“含”的先取出,“不含”的可把所指元素去掉再取,分步计数;(2)“至多”“至少”问题:其解法常有两种解决思路:一是直接分类法,但要注意分类要不重不漏;二是间接法,注意找准对立面,确保不重不漏1.例题【例1】某市工商局对35种商品
14、进行抽样检查,已知其中有15种假货.现从35种商品中选取3种.(1)其中某一种假货必须在内,不同的取法有多少种?(2)其中某一种假货不能在内,不同的取法有多少种?(3)恰有2种假货在内,不同的取法有多少种?(4)至少有2种假货在内,不同的取法有多少种?(5)至多有2种假货在内,不同的取法有多少种?【答案】(1)561;(2)5984;(3)2100;(4)2555;(5)6090.【解析】(1)从余下的34种商品中,选取2种有 (种),某一种假货必须在内的不同取法有561种.(2)从余下的34种可选商品中,选取3种,有(种).某一种假货不能在内的不同取法有5 984种.(3)从20种真货中选取
15、1件,从15种假货中选取2件有(种).恰有2种假货在内的不同的取法有2 100种.(4) 选取2种假货有种,选取3种假货种,共有选取方式 (种).至少有2种假货在内的不同的取法有2 555种.(5) 选取3种的总数为,选取3种假货有种,因此共有选取方式 (种).至多有2种假货在内的不同的取法有6 090种.【例2】10双互不相同的袜子混装在一只口袋中,从中任意抽取4只,求各有多少种情况出现如下结果(1)4只袜子没有成双;(2)4只袜子恰好成双;(3)4只袜子2只成双,另两只不成双【答案】(1);(2);(3).【解析】(1);(2);(3)2.巩固提升综合练习【练习1】男运动员名,女运动员名,
16、其中男女队长各人,选派人外出比赛,在下列情形中各有多少种选派方法.(1)任选人(2)男运动员名,女运动员名(3)至少有名女运动员(4)队长至少有一人参加(5)既要有队长,又要有女运动员【答案】(1)252(2)120(3)246(4)196(5)191【解析】(1) 男运动员名,女运动员名,共名 任选人的选法为: 任选人,共有种选法. (2) 选派男运动员名,女运动员名. 首先选名男运动员,有种选法,再选名女运动员,有种选法 根据分步计数乘法原理 选派男运动员名,女运动员名,共有种选法.(3) 至少名女运动员包括以下几种情况:女男,女男,女男,女男. 由分类加法计数原理可得有:. 至少有名女运
17、动员有种选法.(4) 只有男队长的选法为选法,只有女队长的选法为选法又 男、女队长都入选的选法为选法. 共有种选法. 队长至少有一人参加有:种选法. (5) 当有女队长,其他人选法任意,共有种选法, 不选女队长时,必选男队长,共有种选法,选男队长且不含女运动员有种选法.不选女队长时共有种选法. 既有队长又有女运动员共有:种选法.【练习2】从5名男生和4名女生中选出4人去参加座谈会,问:(1)如果4人中男生和女生各选2人,有多少种选法?(2)如果男生中的甲与女生中的乙至少要有1人在内,有多少种选法?(3)如果4人中必须既有男生又有女生,有多少种选法?【答案】(1)30;(2)91种;(3)120
18、种.【解析】(1);(2)方法1:(间接法)在9人选4人的选法中,把男甲和女乙都不在内的去掉,就得到符合条件的选法数为:(种);方法2:(直接法)甲在内乙不在内有种,乙在内甲不在内有种,甲、乙都在内有种,所以男生中的甲与女生中的乙至少有1人在内的选法共有:(种).(3)方法1:(间接法)在9人选4人的选法中,把只有男生和只有女生的情况排除掉,得到选法总数为:(种);方法2:(直接法)分别按含男1,2,3人分类,得到符合条件的选法总数为:(种).【二】分组分配问题1、不同元素的分组分配问题:一般地,个不同的元素分成组,各组内元素数目分别为,其中组元素数目相等,那么分组方法数是:.2、相同元素的分
19、组分配问题:(1)隔板法:如果将放有小球的盒子紧挨着成一行放置,便可看作在排成一行的小球的空隙中插入了若干隔板,相邻两块隔板形成一个“盒”每一种插入隔板的方法对应着小球放入盒子的一种方法,此法称之为隔板法隔板法专门解决相同元素的分配问题(2)将个相同的元素分给()个不同的对象,有种方法可描述为1个空中插入1块板1.例题【例1】按下列要求分配6本不同的书,各有多少种不同的分配方式?(1)分成三份,1份1本,1份2本,1份3本;(2)甲、乙、丙三人中,一人得1本,一人得2本,一人得3本;(3)平均分成三份,每份2本;(4)平均分配给甲、乙、丙三人,每人2本;(5)分成三份,1份4本,另外两份每份1
20、本;(6)甲、乙、丙三人中,一人得4本,另外两人每人得1本;【答案】(1)60;(2)360;(3)15;(4)90;(5)15;(6)90.【解析】(1)先从6本书中选1本,有种分配方法;再从剩余5本书中选择2本,有种分配方法剩余的就是2本书,有种分配方法所以总共有种分配方法(2)由(1)可知分组后共有60种方法,分别分给甲乙丙后的方法有种(3)从6本书中选择2本书,有种分配方法;再从剩余4本书中选择2本书,有种分配方法;剩余的就是2本书,有种分配方法;所以有种分配方法但是,该过程有重复假如6本书分别为A、B、C、D、E、F,若三个步骤分别选出的是则所有情况为,所以分配方式共有种(4)由(3
21、)可知,将三种分配方式分别分给甲乙丙三人,则分配方法为种(5)从6本书中选4本书的方法有种从剩余2本书中选1本书有种因为在最后两本书选择中发生重复了 所以总共有种(6)由(5)可知,将三种分配情况分别分给甲乙丙三人即可,即种【例2】将6个相同的小球放入4个编号为1,2,3,4的盒子,求下列方法的种数(1)每个盒子都不空;(2)恰有一个空盒子;(3)恰有两个空盒子【答案】(1)10 (2)40 (3)30【解析】(1)先把6个相同的小球排成一行,在首尾两球外侧放置一块隔板,然后在小球之间5个空隙中任选3个空隙各插一块隔板,有C10(种)(2)恰有一个空盒子,插板分两步进行先在首尾两球外侧放置一块
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