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排列组合问题是高考必考题,它联系实际生动有趣,但题型多样,思路灵活,不易掌握,实践证明,备考有效方法是题型与解法归类、识别模式、熟练运用,本文介绍十二类典型排列组合题的解答策略。
1.相邻问题并组法
题目中规定相邻的几个元素并为一个组(当作一个元素)参与排列。
【例1】A、B、C、D、E五人并排站成一排,如果A、B必须相邻且B在A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
分析把A、B视为一人,且B固定在A的右边,则本题相当于4人全排列P44=24种,故选D.
2.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,再把规定相离的几个元素插入上述几个元素间的空位和两端。
【例2】七个人并排站成一行,如果甲乙两个必须不相邻,那么不同排法的种数是[ ]
A.1440 B.3600 C.4820 D.4800
分析:除甲、乙外,其余5个排列数为P55种,再用甲、乙去插6个空位有P26种,不同排法种数是P55P26=3600种,故选B.
3.定序问题缩倍法
在排列问题中限制某几个元素必须保持一定顺序,可用缩小倍数的方法。
【例3】A、B、C、D、E五个人并排站成一排,如果 B必须站A的右边(A、B可不相邻),那么不同的排法种数有[ ]
A.24种 B.60种 C.90种 D.120种
分析B在A右边与B在A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1 2P55=60种,故选B.
4.标号排位问题分步法
把元素排到指定号码的位置上,可先把某个元素按规定排入,第二步再排另一个元素,如此继续下去,依次即可完成。
【例4】将数字1,2,3,4填入标号为1,2,3,4的四个方格里,每格填一个数,则每个方格的标号与所填数字均不相同的填法有[ ]
A.6种 B.9种 C.11种 D.23种
分析先把1填入方格,符合条件的有3种方法,第二步把被填入方格的对应数字填入其它三个方格,又有三种方法;第三步填余下的两个数字,只有一种填法,共有3×3×1=9种填法,故选B.
5.有序分配问题逐分法
有序分配问题是指把元素按要求分成若干组,可用逐步下量分组法。
【例5】有甲、乙、丙三项任务,甲需2人承担,乙丙各需1人承担,从10人中选出4人承担这三项任务,不同的选法总数有[ ]
A.1260种 B.2025种 C.2520种 D.5040种
分析:先从10人中选出2个承担甲项任务,再从剩下8个中选1人承担乙项任务,第三步从另外7人中选1个承担两项任务,不同的选法共有C110C18C17=2520种,故选C.
6.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n(A∪B)=n(A)+n(B)-n(A∩B)
【例6】从6名运动员中选出4个参加4×100m接力赛,如果甲不跑第一棒,乙不跑第四棒,共有多少种不同参赛方法?
分析设全集Ⅰ={6人中任取4人参赛的排列},A={甲第一棒的排列},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:
n(I)-n(A)-n(B)+n(A∩B)=P46-P35-P35+P24=252(种).
7.定位问题优先法
某个(或几个)元素要排在指定位置,可先排这个(几个)元素,再排其他元素。
【例7】1名老师和4名获奖同学排成一排照像留念,若老师不在两端,则有不同的排法有种。
分析:老师在中间三个位置上选一个位置,有P13种;然后4名同学在其余4个位置上有P44种,共P13P44=72种。
8.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8】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 B.120 C.720 D.1440
分析前后两排可看成一排的两段,因此本题可视为6个不同元素排成一排,共P66=720种,故选C.
9.“至少”问题间接法
关于“至少”类型组合问题,用间接法较方便。
【例9】从4台甲型和5台乙型电视机中任取出3台,其中至少要甲型和乙型电视机各一台,则不同取法共有[ ]
A.140种 B.80种 C.70种 D.35种
分析逆向思考,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,故不同取法共有C39-C34-C35=70种.故选C.
10.选排问题先取后排法
从几类元素中取出符合题意的几个元素,再安排到一定位置上,可用先取后排法。
【例10】四个不同的球放入编号为1,2,3,4的四个盒中,则恰有一个空盒的放法共有种
分析:先取四个球中的二个为一组,另二组各一个球的方法有C24种;再排:在四个盒中每次排三个有P34种,故共有C24C34=144种。
11.部分合条件问题排除法
在选取总数中,只有一部分合条件,可从总数中减去不合条件数,即为所求。
【例11】以一个正方体顶点为顶点的四面体共有 [ ]
A.70个 B.64个 C.58个 D.52个
分析:正方体8个顶点,从中每次取四点,理论上可构成C48个四面体,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C48-12=58个,故选C。
1.相邻问题并组法
题目中规定相邻的几个元素并为一个组(当作一个元素)参与排列。
【例1】A、B、C、D、E五人并排站成一排,如果A、B必须相邻且B在A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
分析把A、B视为一人,且B固定在A的右边,则本题相当于4人全排列P44=24种,故选D.
2.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,再把规定相离的几个元素插入上述几个元素间的空位和两端。
【例2】七个人并排站成一行,如果甲乙两个必须不相邻,那么不同排法的种数是[ ]
A.1440 B.3600 C.4820 D.4800
分析:除甲、乙外,其余5个排列数为P55种,再用甲、乙去插6个空位有P26种,不同排法种数是P55P26=3600种,故选B.
3.定序问题缩倍法
在排列问题中限制某几个元素必须保持一定顺序,可用缩小倍数的方法。
【例3】A、B、C、D、E五个人并排站成一排,如果 B必须站A的右边(A、B可不相邻),那么不同的排法种数有[ ]
A.24种 B.60种 C.90种 D.120种
分析B在A右边与B在A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1 2P55=60种,故选B.
4.标号排位问题分步法
把元素排到指定号码的位置上,可先把某个元素按规定排入,第二步再排另一个元素,如此继续下去,依次即可完成。
【例4】将数字1,2,3,4填入标号为1,2,3,4的四个方格里,每格填一个数,则每个方格的标号与所填数字均不相同的填法有[ ]
A.6种 B.9种 C.11种 D.23种
分析先把1填入方格,符合条件的有3种方法,第二步把被填入方格的对应数字填入其它三个方格,又有三种方法;第三步填余下的两个数字,只有一种填法,共有3×3×1=9种填法,故选B.
5.有序分配问题逐分法
有序分配问题是指把元素按要求分成若干组,可用逐步下量分组法。
【例5】有甲、乙、丙三项任务,甲需2人承担,乙丙各需1人承担,从10人中选出4人承担这三项任务,不同的选法总数有[ ]
A.1260种 B.2025种 C.2520种 D.5040种
分析:先从10人中选出2个承担甲项任务,再从剩下8个中选1人承担乙项任务,第三步从另外7人中选1个承担两项任务,不同的选法共有C110C18C17=2520种,故选C.
6.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n(A∪B)=n(A)+n(B)-n(A∩B)
【例6】从6名运动员中选出4个参加4×100m接力赛,如果甲不跑第一棒,乙不跑第四棒,共有多少种不同参赛方法?
分析设全集Ⅰ={6人中任取4人参赛的排列},A={甲第一棒的排列},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:
n(I)-n(A)-n(B)+n(A∩B)=P46-P35-P35+P24=252(种).
7.定位问题优先法
某个(或几个)元素要排在指定位置,可先排这个(几个)元素,再排其他元素。
【例7】1名老师和4名获奖同学排成一排照像留念,若老师不在两端,则有不同的排法有种。
分析:老师在中间三个位置上选一个位置,有P13种;然后4名同学在其余4个位置上有P44种,共P13P44=72种。
8.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8】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 B.120 C.720 D.1440
分析前后两排可看成一排的两段,因此本题可视为6个不同元素排成一排,共P66=720种,故选C.
9.“至少”问题间接法
关于“至少”类型组合问题,用间接法较方便。
【例9】从4台甲型和5台乙型电视机中任取出3台,其中至少要甲型和乙型电视机各一台,则不同取法共有[ ]
A.140种 B.80种 C.70种 D.35种
分析逆向思考,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,故不同取法共有C39-C34-C35=70种.故选C.
10.选排问题先取后排法
从几类元素中取出符合题意的几个元素,再安排到一定位置上,可用先取后排法。
【例10】四个不同的球放入编号为1,2,3,4的四个盒中,则恰有一个空盒的放法共有种
分析:先取四个球中的二个为一组,另二组各一个球的方法有C24种;再排:在四个盒中每次排三个有P34种,故共有C24C34=144种。
11.部分合条件问题排除法
在选取总数中,只有一部分合条件,可从总数中减去不合条件数,即为所求。
【例11】以一个正方体顶点为顶点的四面体共有 [ ]
A.70个 B.64个 C.58个 D.52个
分析:正方体8个顶点,从中每次取四点,理论上可构成C48个四面体,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C48-12=58个,故选C。