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  • 2022-02-12 发布

小学数学精讲教案7_5_3 组合之排除法 学生版

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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