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摘 要:排列组合问题历来是高中数学教学的一个难点,同时是高考的必考内容。其思想方法独特,求解思路新颖,但解题中极易出现“重复”或“遗漏”的错误。而提高学生解决排列组合问题的有效方法是题型与解法的归类、认识模式,熟练应用,以下介绍八类典型排列组合问题的解题策略。
关键词:数学教学;排列组合;解题策略
排列组合问题历来是高中数学教学的一个难点,同时是高考的必考内容。其思想方法独特,求解思路新颖,但解题中极易出现“重复”或“遗漏”的错误。而提高学生解决排列组合问题的有效方法是题型与解法的归类、认识模式,熟练应用,以下介绍八类典型排列组合问题的解题策略。
一、相邻问题捆绑法
把相邻的若干特殊元素“捆绑”为一个“大元素”,然后在与其余“普通元素”全排列,最后再“松绑”,将特殊元素在这些位置上全排列,即为“捆绑法”。
例16名同学排成一排,其中有甲乙两人必须排在一起的不同排法有()
A、220种B、360种C240种D、120种
分析:将甲乙两人捆成一捆,相当于5人全排列A55,然后再解开,甲、乙两人全排A22,故共有A55A22=240种,选C。
二、不相邻问题插空法
元素不相邻问题,先安排好没有限制条件的元素,然后将有限制条件的元素按要求插入排好的元素之间的空位和两端。
例2要安排一个有6个歌唱节目和4个舞蹈节目的演出节目单,任何两个节目不相邻,问有多少种不同排法?
分析:先将6个歌唱节目排成一排A66,排好后4个舞蹈节目插入两端共有7个“间隔”,A47,共有A66A47种排法。
三、多元问题分类法
元素多,取出情况也有多种,可用加法原理分成不相容的几类情况分别计算。但要注意,分类不重不漏,即:每两类的交集为空集,所有各类的并集为全集,否则容易出现遗漏和重复的错误。
例3某电脑用户计划使用不超过500元的资金购买单价分别为60元、70元的单片软件和盒装磁盘。根据需要,软件至少买3片、磁盘至少买2盒,不同的选购方式共有( )
分析:可按买磁盘盒数多少分三类:买4盒磁盘时,只有1种;买3盒磁盘时,有买3片或4片软件2种;买2盒磁盘时,可买3片4、片、5片、6片软件,共4种,故共有1+2+4=7种不同的选购方式,选C。
四、重复排列住店法
重复排列问题要区分两类:一类元素可以重复,另一类元素不能重复,把不能重复的元素看成“客”,能重复的元素看作“店”。
例4 七名学生争夺五项冠军,获得冠军的可能性的种数是()
A、75 B、57C、A75D、C75
分析:因同一名学生可同时夺得几项冠军,故学生可重复排列,将七名学生看作7家“店”,5项冠军看作5名“客”,每个“客”都可住进7家“店”中的任何一家。即每个“客”有7种住宿法,得75种,选A。
五、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,然后,再排其它元素。
例5八个人排成两排,每排四个人,其中甲、乙要排在前排,丙排在后排,有多少种排法?
分析:甲、乙排在前排A42,丙排在后排A41,然后5人在其余位置上排列A55,则共有A42A41A55=5760种排法。
六、选择问题先取后排法
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6对某产品的6件不同正品和4件不同次品,一一进行测试,至区分出所有次品为止,若所有次品恰好在第5次测试时被全部发现,则这样的测试方法有多少种可能?
分析:第5次必测出一件次品,其余3件在前4次被测出,从4件中确定最后一件次品有C41,前4次中应有1件正品,3件次品有C61C33,前4次测试中的顺序有C44,由乘法原理得C41(C61C33)=576种。
七、正难则反排除法
有些问题正面考虑情况很复杂,或者不易排出来,可考虑从反面入手,往往会取得较好的效果。
例7 四面体的顶点和各棱的中点共10个点,在其中取4个不共面的点,不同的取法有()
A、150B、147C、144D、141
分析:10个顶点任取4个点取法有C104种,其中面ABC内的6个点中任意4个点都共面,从这6个点中任取4个点有C64。
同理在其余面内也有C64种,又每条棱与相对棱中点共面6种,各棱中点中4个点共面有3种,故10个点中取4点,不共面的取法有:
C104-4C64-3=141种,选D。
八、定序均分问题消序法
例8 五个人排成一排,如果甲必须站在乙的右边(甲乙可不相邻),那么不同的排法种数为()
A、246种B、60种C、90种D、120种
分析:乙在甲的右边与乙在甲的左边的排法种数相同,故题设的排法只有5个元素全排列数的一半,即A55/2,选B。
例9 将6人分成三组下棋,有多少种分组法?
分析:先从6人中选2人作为一组有C62,从余下的4人中任取2人作为一组有C42,剩下2人作为一组有C22,即分成有顺序的三组的方法有C62C42C22,但题目中要求分成等额且无序的三组,并不编号定组,故应清除因有序分组造成的重复,则有序C62C42C22/A33=15种。
关键词:数学教学;排列组合;解题策略
排列组合问题历来是高中数学教学的一个难点,同时是高考的必考内容。其思想方法独特,求解思路新颖,但解题中极易出现“重复”或“遗漏”的错误。而提高学生解决排列组合问题的有效方法是题型与解法的归类、认识模式,熟练应用,以下介绍八类典型排列组合问题的解题策略。
一、相邻问题捆绑法
把相邻的若干特殊元素“捆绑”为一个“大元素”,然后在与其余“普通元素”全排列,最后再“松绑”,将特殊元素在这些位置上全排列,即为“捆绑法”。
例16名同学排成一排,其中有甲乙两人必须排在一起的不同排法有()
A、220种B、360种C240种D、120种
分析:将甲乙两人捆成一捆,相当于5人全排列A55,然后再解开,甲、乙两人全排A22,故共有A55A22=240种,选C。
二、不相邻问题插空法
元素不相邻问题,先安排好没有限制条件的元素,然后将有限制条件的元素按要求插入排好的元素之间的空位和两端。
例2要安排一个有6个歌唱节目和4个舞蹈节目的演出节目单,任何两个节目不相邻,问有多少种不同排法?
分析:先将6个歌唱节目排成一排A66,排好后4个舞蹈节目插入两端共有7个“间隔”,A47,共有A66A47种排法。
三、多元问题分类法
元素多,取出情况也有多种,可用加法原理分成不相容的几类情况分别计算。但要注意,分类不重不漏,即:每两类的交集为空集,所有各类的并集为全集,否则容易出现遗漏和重复的错误。
例3某电脑用户计划使用不超过500元的资金购买单价分别为60元、70元的单片软件和盒装磁盘。根据需要,软件至少买3片、磁盘至少买2盒,不同的选购方式共有( )
分析:可按买磁盘盒数多少分三类:买4盒磁盘时,只有1种;买3盒磁盘时,有买3片或4片软件2种;买2盒磁盘时,可买3片4、片、5片、6片软件,共4种,故共有1+2+4=7种不同的选购方式,选C。
四、重复排列住店法
重复排列问题要区分两类:一类元素可以重复,另一类元素不能重复,把不能重复的元素看成“客”,能重复的元素看作“店”。
例4 七名学生争夺五项冠军,获得冠军的可能性的种数是()
A、75 B、57C、A75D、C75
分析:因同一名学生可同时夺得几项冠军,故学生可重复排列,将七名学生看作7家“店”,5项冠军看作5名“客”,每个“客”都可住进7家“店”中的任何一家。即每个“客”有7种住宿法,得75种,选A。
五、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,然后,再排其它元素。
例5八个人排成两排,每排四个人,其中甲、乙要排在前排,丙排在后排,有多少种排法?
分析:甲、乙排在前排A42,丙排在后排A41,然后5人在其余位置上排列A55,则共有A42A41A55=5760种排法。
六、选择问题先取后排法
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6对某产品的6件不同正品和4件不同次品,一一进行测试,至区分出所有次品为止,若所有次品恰好在第5次测试时被全部发现,则这样的测试方法有多少种可能?
分析:第5次必测出一件次品,其余3件在前4次被测出,从4件中确定最后一件次品有C41,前4次中应有1件正品,3件次品有C61C33,前4次测试中的顺序有C44,由乘法原理得C41(C61C33)=576种。
七、正难则反排除法
有些问题正面考虑情况很复杂,或者不易排出来,可考虑从反面入手,往往会取得较好的效果。
例7 四面体的顶点和各棱的中点共10个点,在其中取4个不共面的点,不同的取法有()
A、150B、147C、144D、141
分析:10个顶点任取4个点取法有C104种,其中面ABC内的6个点中任意4个点都共面,从这6个点中任取4个点有C64。
同理在其余面内也有C64种,又每条棱与相对棱中点共面6种,各棱中点中4个点共面有3种,故10个点中取4点,不共面的取法有:
C104-4C64-3=141种,选D。
八、定序均分问题消序法
例8 五个人排成一排,如果甲必须站在乙的右边(甲乙可不相邻),那么不同的排法种数为()
A、246种B、60种C、90种D、120种
分析:乙在甲的右边与乙在甲的左边的排法种数相同,故题设的排法只有5个元素全排列数的一半,即A55/2,选B。
例9 将6人分成三组下棋,有多少种分组法?
分析:先从6人中选2人作为一组有C62,从余下的4人中任取2人作为一组有C42,剩下2人作为一组有C22,即分成有顺序的三组的方法有C62C42C22,但题目中要求分成等额且无序的三组,并不编号定组,故应清除因有序分组造成的重复,则有序C62C42C22/A33=15种。