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- 2022-02-12 发布
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7-5-3.组合之排除法
教学目标
1.使学生正确理解组合的意义;正确区分排列、组合问题;
2.了解组合数的意义,能根据具体的问题,写出符合要求的组合;
3.掌握组合的计算公式以及组合数与排列数之间的关系;
4.会分析与数字有关的计数问题,以及与其他专题的综合运用,培养学生的抽象能力和逻辑思维能力;
通过本讲的学习,对组合的一些计数问题进行归纳总结,重点掌握组合的联系和区别,并掌握一些组合
技巧,如排除法、插板法等.
知识要点
一、组合问题
日常生活中有很多“分组”问题.如在体育比赛中,把参赛队分为几个组,从全班同学中选出几人参加某
项活动等等.这种“分组”问题,就是我们将要讨论的组合问题,这里,我们将着重研究有多少种分组方法的
问题.
一般地,从 n 个不同元素中取出 m 个( m n )元素组成一组不计较组内各元素的次序,叫做从 n 个不同元
素中取出 m 个元素的一个组合.
从排列和组合的定义可以知道,排列与元素的顺序有关,而组合与顺序无关.如果两个组合中的元素完
全相同,那么不管元素的顺序如何,都是相同的组合,只有当两个组合中的元素不完全相同时,才是不同的
组合.
从 n 个不同元素中取出 m 个元素( m n )的所有组合的个数,叫做从 n 个不同元素中取出 m 个不同元素的
组合数.记作 m
nC .
一般地,求从 n 个不同元素中取出的 m 个元素的排列数 n
mP 可分成以下两步:
第一步:从 n 个不同元素中取出 m 个元素组成一组,共有 m
nC 种方法;
第二步:将每一个组合中的 m 个元素进行全排列,共有 m
mP 种排法.
根据乘法原理,得到 m m m
n n mP C P .
因此,组合数 1 2) 1
1 2 3 2 1
m
m n
n m
m
P n n n n mC P m m m
( )( ( )
( )( ) .
这个公式就是组合数公式.
二、组合数的重要性质
一般地,组合数有下面的重要性质: m n m
n nC C ( m n )
这个公式的直观意义是: m
nC 表示从 n 个元素中取出 m 个元素组成一组的所有分组方法. n m
nC 表示从 n 个
元素中取出( n m )个元素组成一组的所有分组方法.显然,从 n 个元素中选出 m 个元素的分组方法恰是从 n 个
元素中选 m 个元素剩下的( n m )个元素的分组方法.
例如,从 5 人中选 3人开会的方法和从 5 人中选出 2 人不去开会的方法是一样多的,即 3 2
5 5C C .
规定 1n
nC , 0 1nC .
例题精讲
对于某些有特殊要求的计数,当限制条件较多时,可以先计算所有可能的情况,再从中排除掉那些不符
合要求的情况.
【例 1】 在100 ~1995 的所有自然数中,百位数与个位数不相同的自然数有多少个?
【考点】组合之排除法 【难度】2 星 【题型】解答
【解析】先考虑 100~1995 这 1896 个数中,百位与个位相同的数有多少个,在三位数中,百位与个位可以是
1~9,十位可以是 0~9,由乘法原理,有 9 10 90 个,四位数中,千位是 1,百位和个位可以是 0~
9,十位可以是 0~9,由乘法原理,10 10 100 个,但是要从中去掉 1999,在 100~1995 中,百位
与个位相同的数共有 90 99 189 个,所以,百位数与个位数不相同的自然数有:1896 189 1707 个.
【答案】1707
【例 2】 1 到 1999 的自然数中,有多少个与 5678 相加时,至少发生一次进位?
【考点】组合之排除法 【难度】3 星 【题型】解答
【解析】从问题的反面考虑:1 到 1999 的自然数中,有多少个与 5678 相加时,不发生进位?这样的数,个
位数字有 2 种可能(即 0,1),十位数字有 3 种可能(即 0,1,2),百位数字有 4 种可能(即 0,1,2,
3),千位数字有 2 种可能(即 0,1).根据乘法原理,共有 2 3 4 2 48 个.注意上面的计算中包括
了 0( 0000)这个数,因此,1 到 1999 的自然数中与 5678 相加时,不发生进位的数有 48 1 47 个
所以,1 到 1999 的自然数中与 5678 相加时,
至少发生一次进位的有1999 47 1952 个.
【答案】1952
【巩固】【巩固】所有三位数中,与 456 相加产生进位的数有多少个?
【考点】组合之排除法 【难度】3 星 【题型】解答
【解析】与 456 相加产生进位在个位、十位、百位都有可能,所以采用从所有三位数中减去与 456 相加不产
生进位的数的方法更来得方便,所有的三位数一共有 999 99 900 个,其中与 456 相加不产生进位
的数,它的百位可能取 1、2、3、4、5 共 5 种可能,十位数可以取 0、1、2、3、4 共 5 种可能,个
位数可以取 0、1、2、3 共 4 种可能,根据乘法原理,一共有 5 5 4 100 个数,所以与 456 相加产
生进位的数一共有 900 100 800 个数.
【答案】800
【巩固】从 1 到 2004 这 2004 个正整数中,共有几个数与四位数 8866 相加时,至少发生一次进位?
【考点】组合之排除法 【难度】3 星 【题型】解答
【解析】【解析】千位数小于等于 1,百位数小于等于 1,十位数小于等于 3,个位数小于等于 3,应该有
2 2 4 4 1 63 种可以不进位,那么其他 2004 63 1941 个数都至少产生一次进位.
【答案】1941
【例 3】 在三位数中,至少出现一个 6 的偶数有多少个?
【考点】组合之排除法 【难度】3 星 【题型】解答
【解析】至少出现一个“6”,意思就是这个三位偶数中,可以有一个 6,两个 6 或三个 6.我们可以把这三种
情况下满足条件的三位数的个数分别求出来,再加起来;也可以从所有的三位偶数中减去不满足条
件的,即减去不含 6 的三位偶数.三位偶数共有 450 个,我们先来计算不含 6 的偶数的个数,不含
6 的偶数,个位可以是 0,2,4,8,十位上可以是除 6 以外的其余 9 个数字,百位可以是除 6,0 以
外的 8 个数字,因此不含 6 的三位偶数共有 4 9 8 288 个,则至少出现一个 6 的三位偶数有
450 4 9 8 162 个.
【答案】162
【例 4】 能被 3 整除且至少有一个数字是 6 的四位数有 个。
【考点】组合之排除法 【难度】4 星 【题型】填空
【关键词】学而思杯,6 年级,第 14 题
【解析】用排除法,四位数总共有 9×10×10×10=9000 个,其中能被 3 整除的四位数有 3000 个,排除掉能被 3 整除
且不含有数字 6 的四位数之后剩下的所有的四位数都满足条件!设能被 3 整除且不含有数字 6 的四位数
为 abcd,最高位千位 a 有 8 选法(不能选 0 或 6),百位有 9 种选法(不能选 6),十位也有 9 种选法(也
不能选 6),若前三位的数字和(a+b+c)若除以 3 余 0 则个位 d 有 3 种选法(可选 0,3,9);若前三位
的数字和(a+b+c)除以 3 余 1,则个位 d 有 3 种选法(可选 2,5,8);若前三位的数字和(a+b+c)除
以 3 余 2,则个位 d 还是有 3 种选法(可选 1,4,7);故能被 3 整除且不含有数字 6 的四位数有 8×9×9×3=1944
个。从而得到能被 3 整除且至少有一个数字是 6 的四位数有 3000-1944=1056 个。
【答案】1056
【例 5】 由 0,1,2,3,4,5 组成的没有重复数字的六位数中,百位不是 2 的奇数有 个.
【考点】组合之排除法 【难度】3 星 【题型】解答
【解析】【解析】由 0,1,2,3,4,5 组成的没有重复数字的奇六位数,个位可以为 1,3,5,有 3 种选法;个位选
定后,十万位不能与个位相同,且不能为 0,有 4 种;十万位选定后万位有 4 种;……;故由 0,1,
2,3,4,5 组成的没有重复数字的奇六位数的个数为: 3 4 4 3 2 1 288 个;
由 0,1,2,3,4,5 组成的没有重复数字且百位为 2 的奇六位数,个位可以为 1,3,5,有 3 种选
法;十万位不能与个位相同,且不能为 0、2,有 3 种;十万位选定后万位有 3 种;……;故由 0,1,
2,3,4,5 组成的没有重复数字且百位为 2 的奇六位数的个数为: 3 3 3 2 1 54 个;
所以,满足条件的数有: 288 54 234 个.
【答案】 234
【例 6】 从三个 0、四个 1,五个 2 中挑选出五个数字,能组成多少个不同的五位数?
【考点】组合之排除法 【难度】3 星 【题型】解答
【解析】【解析】由 3 个 0,4 个 1,5 个 2 组成五位数,首位上不能是 0,只能是 1 或 2,有 2 种选择;后面 4 位上都
可以是 0、1 或 2,各有 3 种选择,根据乘法原理,共有 2 3 3 3 3 162 种选择;
但是注意,这样算是在 0 和 1 的个数足够多的情况下才能算,本题中可能会出现 0 和 1 的个数不够
的情况(2 的个数肯定够).比如说,0 只有 3 个,但是上面的算 法却包括了后四位都是 0 的情况,
这样的数有两个:10000 和 20000,得减掉;另外,1 只有 4 个,却包含了五位都是 1 的情况:11111,
也得减去.
所以实际上共有162 3 159 个.
【答案】159
【例 7】 由数字 1,2,3 组成五位数,要求这五位数中 1,2,3 至少各出现一次,那么这样的五位数共有
个.
【考点】组合之排除法 【难度】4 星 【题型】填空
【关键词】迎春杯,高年级,初试,6 题
【解析】【解析】这是一道组合计数问题.由于题目中仅要求 1,2,3 至少各出现一次,没有确定 1,2,3 出现的具
体次数,所以可以采取分类枚举的方法进行统计,也可以从反面想,从由 1,2,3 组成的五位数中,
去掉仅有 1 个或 2 个数字组成的五位数即可.
方法一:分两类
⑴1,2,3 中恰有一个数字出现 3 次,这样的数有 1
3C 5 4 60 个;
⑵1,2,3 中有两个数字各出现 2 次,这样的数有 2 2
3 4C 5 C 90 个;
综上所述符合题意的五位数共有 60 90 150 个.
方法二:从反面想:由 1,2,3 组成的五位数共有 53 个,由 1,2,3 中的某 2 个数字组成的五位数共有 53 2 1
个 , 由 1 , 2 , 3 中 的 某 1 个 数 字 组 成 的 五 位 数 共 有 3 个 , 所 以 符 合 题 意 的 五 位 数 共 有
5 53 3 2 1 3 150 个.
【答案】150 个
【例 8】 10 个人围成一圈,从中选出两个不相邻的人,共有多少种不同选法?
【考点】组合之排除法 【难度】3 星 【题型】解答
【解析】 (法 1)乘法原理.按题意,分别站在每个人的立场上,当自己被选中后,另一个被选中的,可以是
除了自己和左右相邻的两人之外的所有人,每个人都有 7 种选择,总共就有 7 10 70 种选择,但是
需要注意的是,选择的过程中,会出现“选了甲、乙,选了乙、甲”这样的情况本来是同一种选择,
而却算作了两种,所以最后的结果应该是(10 1 1 1 ) 10 2 35 (种).
(法 2)排除法.可以从所有的两人组合中排除掉相邻的情况,总的组合数为 2
10C ,而被选的两个人相
邻的情况有10 种,所以共有 2
10 10 45 10 35C (种).
【答案】 35
【例 9】 一栋 12 层楼房备有电梯,第二层至第六层电梯不停.在一楼有 3 人进了电梯,其中至少有一个要
上 12 楼,则他们到各层的可能情况共有多少种?
【考点】组合之排除法 【难度】3 星 【题型】解答
【解析】【解析】每个人都可以在第 7 层至第 12 层中任何一层下,有 6 种情况,那么三个人一共有 6 6 6 216 种情
况,其中,都不到 12 楼的情况有5 5 5 125 种.因此,至少有一人要上 12 楼的情况有 216 125 91
种.
【答案】 91
【例 10】8 个人站队,冬冬必须站在小悦和阿奇的中间(不一定相邻),小慧和大智不能相邻,小光和大亮
必须相邻,满足要求的站法一共有多少种?
【考点】组合之排除法 【难度】3 星 【题型】解答
【解析】冬冬要站在小悦和阿奇的中间,就意味着只要为这三个人选定了三个位置,中间的位置就一定要留
给冬冬,而两边的位置可以任意地分配给小悦和阿奇.
小慧和大智不能相邻的互补事件是小慧和大智必须相邻
小光和大亮必须相邻,则可以将两人捆绑考虑
只满足第一、三个条件的站法总数为:
3 2 1 2 3
7 2 4 2 3P P P 3360C C (种)
同时满足第一、三个条件,并且满足小慧和大智必须相邻的站法总数为:
3 2 2 2 2
6 2 3 2 2P P P P 960C (种)
因此同时满足三个条件的站法总数为:
3360 960 2400 (种).
【答案】 2400
【例 11】若一个自然数中至少有两个数字,且每个数字小于其右边的所有数字,则称这个数是“上升的”.问
一共有多少“上升的”自然数?
【考点】组合之排除法 【难度】3 星 【题型】解答
【解析】【解析】由于每个数字都小于其右边所有数字,而首位上的数不能为 0,所以满足条件的数各数位上都没有 0,
而且各数位上的数都互不相同.那么最大的“上升的”自然数是 123456789.而且可以发现,所有的“上
升的”自然数都可以由 123456789 这个数划掉若干个数码得到.反过来,由从 123456789 这个数中划
掉若干个数码得到的至少两位的数都是“上升的”自然数.所以只要算出从 123456789 中划掉若干个
数码所能得到的至少两位的数有多少个就可以了.因为其中每个数码都有划掉和保留这 2 种可能,
所以 9 位数共有 92 种可能,但是需要排除得到的一位数及零,这样的数共有 10 个,所以所能得到的
至少两位的数有 92 10 502 (个).
所以一共有 502 个“上升的”自然数.
【答案】 502
【例 12】6 人同时被邀请参加一项活动.必须有人去,去几个人自行决定,共有多少种不同的去法?
【考点】组合之排除法 【难度】3 星 【题型】解答
【解析】方法一:可以分为一人去、两人去、三人去、四人去、五人去、六人去六种情况,每一种情况都
是组合问题.
第一种情况有 6 种去法;
第二种情况有 2
6
6 5 152 1C (种)去法;
第三种情况有 3
6
6 5 4 203 2 1C (种)去法;
第四种情况有 4
6
6 5 4 3 154 3 2 1C (种)去法;
第五种情况有 5
6
6 5 4 3 2 65 4 3 2 1C (种)去法;
第六种情况有1种去法.
根据加法原理,共有 6 15 20 15 6 1 63 (种)不同的去法.
方法二:每一个人都有去或者不去两种可能,但要减掉所有人都不去这种情况,于是总共有
62 1 63 (种)不同的去法.
【答案】 63
【例 13】由数字1,2,3组成五位数,要求这五位数中1,2,3至少各出现一次,那么这样的五位数共有________
个.
【考点】组合之排除法 【难度】2 星 【题型】解答
【关键词】迎春杯,高年级,决赛
【解析】这是一道组合计数问题.由于题目中仅要求1,2 ,3至少各出现一次,没有确定1,2 ,3出现的具
体次数,所以可以采取分类枚举的方法进行统计,也可以从反面想,从由1,2,3组成的五位数中,去
掉仅有1个或 2 个数字组成的五位数即可.
(法 1)分两类:⑴1, 2 ,3中恰有一个数字出现 3次,这样的数有 1
3 5 4 60C (个);⑵1, 2 ,3中
有两个数字各出现 2 次,这样的数有 2 2
3 45 90C C (个).符合题意的五位数共有 60 90 150 (个).
(法 2)从反面想,由1, 2 , 3组成的五位数共有 53 个,由1, 2 , 3中的某 2 个数字组成的五位数共
有 53 (2 2) 个,由1, 2 , 3中的某1个数字组成的五位数共有 3个,所以符合题意的五位数共有
5 53 3 (2 2) 3 150 (个).
【答案】150
【例 14】5 条直线两两相交,没有两条直线平行,没有任何三条直线通过同一个点,以这 5 条直线的交点为
顶点能构成几个三角形?(构成的三角形的边不一定在这 5 条直线上)
【考点】组合之排除法 【难度】4 星 【题型】解答
【解析】【解析】 (法 1)5 条直线一共形成5 4 2 10 个点,对于任何一个点,经过它有两条直线,每条直线上另外
有 3 个 点 , 此 外 还 有 3 个 点 与 它 不 共 线 , 所 以 以 这 个 点 为 顶 点 的 三 角 形 就 有
3 3 3 3 3 3 3 2 2 30 个三角形,则以 10 个点分别为顶点的三角形一共有 300 个三角形,
但每个三角形都被重复计算了 3 次,所以一共有 100 个三角形.
(法 2)只要三点不共线就能构成三角形,所以可以先求出 10 个点中取出 3 个点的种数,再减去 3 点
共线的情况.这 10 个点是由 5 条直线相互相交得到的,在每条直线上都有 4 个点存在共线的情况,
这 4 个点中任意三个都共线,所以一共有 3
45 20C 个三点共线的情况,除此以外再也没有 3 点共
线的情况,所以一共可以构成 3
10 20 100C 种情况.
【答案】100
【例 15】正方体的顶点(8 个),各边的中点(12 个),各面的中心(6 个),正方体的中心(1 个),共 27 个点,以
这 27 个点中的其中 3 点一共能构成多少个三角形?
【考点】组合之排除法 【难度】3 星 【题型】解答
【解析】27 个点中取三个点,不是这 3 点共线,就是这 3 点能构成三角形.27 个点中取三个点一共有
27 26 25 (3 2 1) 2925 种.
过三点的直线可以分为 3 类.有两个顶点连线构成的有8 7 2 28 条;由两个面的中心连线的有 3
条,由两条棱的中点连线的有12 3 2 18 条,
所以能构成的三角形有 2925 28 3 18 2897 种.
【答案】 2897
【例 16】用 A、B、C、D、E、F 六种染料去染图中的两个调色盘,要求每个调色盘里的六种颜色不能相同,
且相邻四种颜色在两个调色盘里不能重复,那么共有多少种不同的染色方案(旋转算不同的方法)
【考点】组合之排除法 【难度】3 星 【题型】解答
【解析】【解析】先选中一个调色盘,此盘共有 6!=720 种.
再看另一个调色盘.
相邻四种颜色重复的分为 4 个重复、5 个重复和 6 个重复三种情况,但由于 5 个重复就必然 6 个重
复,因此只要分 4 种和 6 种即可.
4 种颜色重复有 6 种情况,6 种颜色重复只有 1 种.每种情况经旋转可变出 6 种.所以共有 6!
-1×6-6×6=678.
总共有 678×720=488160 种
【答案】488160
【例 17】将 5 枚棋子放入右侧编号的 4×4 表格的格子中,每个格子最多放一枚,如果要求每行,每列都有棋
子.那么共有 种不同放法.
【考点】组合之排除法 【难度】4 星 【题型】填空
【关键词】迎春杯,六年级,初赛,7 题
【解析】【解析】由于每行、每列都要有棋子,所以必有某一行有 2 枚棋子,又不可能有某一行有 3枚或 3枚以上的棋
子.而其他 3行各有一枚棋子.只看有 2 枚棋子的那一行,有 4 种选择;选定某一行后,在其中选择两
格放棋子有 2
4 6C 种选法,所以将 2 枚棋子放入同一行有 4 6 24 种放法.
这一行放好后,还剩下 3行 2 列没有棋子,所以剩下的 3枚棋子每行1个,而从各列方面来看,有两
种情况:其中有 1 枚与早先放好的 2 枚棋子中的某一枚同列;或者剩下的 3枚都不与早先放的 2 枚棋
子同列,这样其中必有 2 枚棋子同属一列,而剩下的1枚单独1列.
对于第1种情况,与早先 2 枚棋子同列的那1枚有 6 种选择,剩下的 2 枚有 2 种选择,共 6 2 12 种
选择;
对于第 2 种情况,单独1列的那枚棋子有 6 种放法,剩下的同属一列的 2 枚有1种放法,共 6 1 6 种
放法.
所以满足题意的放法共有 24 (12 6) 432 种.
【答案】 432 种
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