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  • 2021-06-10 发布

【数学】2020届一轮复习人教B版组合学案

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‎ 组 合 ‎ ‎ ‎【学习目标】‎ ‎1.理解组合的概念.‎ ‎ 2.能利用计数原理推导组合数公式.‎ ‎ 3.能解决简单的实际问题.‎ ‎ 4.理解组合与排列之间的联系与区别.‎ ‎【要点梳理】‎ 要点一:组合 ‎1.定义:‎ 一般地,从个不同元素中取出()个元素并成一组,叫做从个不同元素中取出个元素的一个组合.‎ 要点诠释:‎ ① 从排列与组合的定义可知,一是“取出元素”;二是“并成一组”,“并成一组”即表示与顺序无关.‎ 排列与元素的顺序有关,而组合与元素的顺序无关,这是它们的根本区别.‎ ‎② 如果两个组合中的元素相同,那么不管元素的顺序怎样都是相同的组合;只有当两个组合中的元素不完全相同时,才是不同的组合.因此组合问题的本质是分组问题,它主要涉及元素被取到或未被取到.‎ 要点二:组合数及其公式 ‎1.组合数的定义:‎ 从个不同元素中取出()个元素的所有组合的个数,叫做从个不同元素中取出个元素的组合数.记作.‎ 要点诠释:‎ ‎“组合”与“组合数”是两个不同的概念:‎ 一个组合是指“从n个不同的元素中取出m(m≤n)个元素并成一组”,它不是一个数,而是具体的一件事;组合数是指“从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素的所有组合的个数”,它是一个数.‎ ‎ 例如,从3个不同元素a,b,c中取出2个元素的组合为ab,ac,bc,其中每一种都叫做一个组合,而数字3就是组合数. ‎ ‎2.组合数的公式及推导 ‎ 求从n个不同元素中取出m个元素的排列数,可以按以下两步来考虑:‎ ‎ 第一步,先求出从这n个不同元素中取出m个元素的组合数;‎ ‎ 第二步,求每一个组合中m个元素的全排列数.‎ ‎ 根据分步计数原理,得到.‎ ‎ 因此 ‎ ‎ 这里n,m∈N+,且m≤n,这个公式叫做组合数公式.因为,所以组合数公式还可表示为:.‎ ‎ 要点诠释:‎ 组合数公式的推导方法是一种重要的解题方法!在以后学习排列组合的混合问题时,一般都是按先取后排(先组合后排列)的顺序解决问题。‎ ‎3. 组合数公式:‎ ‎(1)( 、,且)‎ ‎(2) ( 、,且)‎ 要点诠释:‎ 上面第一个公式一般用于计算,但当数值、较大时,利用第二个式子计算组合数较为方便,在对含有字母的组合数的式子进行变形和论证时,常用第二个公式.‎ 要点三:组合数的性质 性质1:(、,且)‎ 性质2:(、,且)‎ 要点诠释:‎ 规定:.‎ ‎ 要点四、纯组合问题常见题型 ‎(1)“含有”或“不含有”某些元素的组合题型:‎ ‎“含”,则先将这些元素取出,再由另外元素补足;“不含”,则先将这些元素剔除,再从剩下的元素中去选取.‎ 如:现从5位男同学、4位女同学中选出5名代表,若男甲、女A都必须当选,有多少种不同的选法?由于男甲、女A必须当选,只需从剩下7人中任选3人即可满足题目的要求,故有种不同的选法.‎ ‎(2)“至少”或“最多”含有几个元素的题型:‎ 解这类题必须十分重视“至少”与“最多”这两个关键词的含义,谨防重复与漏解.用直接法和间接法都可以求解,但通常用直接法分类复杂时,考虑逆向思维,用间接法处理.‎ 如(1)中,将问题改为至少有一名女同学当选,有多少种不同的选法?则在全部的选法中,排除全部男生当选的情况即可,故有种不同的选法.‎ ‎(3)分堆问题 ‎ ①平均分堆,其分法数为:.‎ ‎ 例如 将6本不同的书平均分成三份,每份两本,求不同的分法数. ‎ ‎ 依据上述公式,其分法为(种).‎ ‎ ②分堆但不平均,其分法数为.‎ ‎ 例如,将12本不同的书分成五份,分别为2本、2本、2本、3本、3本,求不同的分法数.‎ ‎ 依据上述公式,分到指定位置数为.‎ ‎ 其中两本的有三堆,故除以3!;3本的有两堆,要除以2!,故分法数为.‎ ‎ (4)定序问题.‎ ‎ 对于某些元素的顺序固定的排列问题,可先全排,再除以定序元素的全排,或先在总位置中选出定序元素的位置而不参加排列,然后对其他元素进行排列.‎ ‎ 例:5人站成一排,如果甲必须站在乙的左边,则不同的排法有多少种?‎ ‎ 法一: 5人不加限制的排列方法有种,“甲在乙的左边”和“甲在乙的右边”的排法是相对的,所以甲必须在乙的左边的排法有(种).‎ ‎ 法二: 第一步,在5个位置中选2个位置给甲、乙二人有种选法;‎ ‎ 第二步,剩下三个位置由剩下三人全排,有种排法,共有(种);‎ ‎ 法三: 从5个位置选3个位置由除甲、乙两人之外的三人排列有种(剩下两个位置,甲、乙随之确定).‎ ‎(5)指标问题用“隔板法”:‎ 如,将10个保送生预选指标分配给某重点中学高三年级六个班,每班至少一名,共有多少种分配方案?‎ ‎ 将10个名额并成一排,名额之间有9个空,用5块隔板插入9个空,就可将10个名额分为6部分,每一种插法就对应一种分配法,故有种方案.‎ ‎ 注意:隔板法与插空法是不同的,要予以“区分”.隔板法只适用于相同元素的分配问题.‎ 要点五、组合组合的综合应用 ‎ 处理排列、组合综合题时,应遵循四大原则:‎ (1) 先特殊后一般的原则 (1) 先取后排的原则 (2) 先分类后分步的原则 (3) 正难则反、等价转化原则.‎ ‎ 【典型例题】‎ 类型一、 组合概念及组合数公式 例1.下面的问题是排列问题?还是组合问题?并计算结果。‎ ‎(1)从1,3,5,9中任取两个数相加,可以得到多少个不同的和?‎ ‎(2)从1,3,5,9中任取两个数相除,可以得到多少个不同的商?‎ ‎(3)10个同学毕业后互相通了一次信,一共写了多少封信?‎ ‎(4)10个同学毕业后见面时,互相握了一次手,共握了多少次手?‎ ‎【思路点拨】 排列与顺序有关,组合与顺序无关.‎ ‎【解析】 ‎ ‎(1)组合问题,可以得到个不同的和;‎ ‎(2)排列问题,可以得到个不同的商;‎ ‎(3)排列问题,一共写了封信;‎ ‎(4)组合问题,共握了次手.‎ ‎【总结升华】 ‎ ‎ 区分排列与组合问题,关键是利用排列与组合的定义,组合是“只选不排、并成一组,与顺序无关”.‎ 举一反三:‎ ‎【变式1】(1)从1,3,5,7中任取两个数相除,可以得到多少个不同的商?‎ ‎ (2)从1,3,5,7中任取两个数相乘,可以得到多少个不同的积?‎ 以上两个问题有何区别?‎ ‎【答案】问题(1)是排列问题,问题(2)是组合问题.‎ ‎【变式2】计算:(1);(2).‎ ‎【答案】(1)方法一:;‎ 方法二:;‎ ‎(2) 方法一:;‎ 方法二:.‎ 类型二、 组合应用题 例2. 课外活动小组共13人,其中男生8人,女生5人,并且男、女生各指定一名队长.现从中选5人主持某种活动,依下列条件各有多少种选法?‎ ‎ (1)只有一名女生当选;‎ ‎ (2)两队长当选;‎ ‎ (3)至少有一名队长当选:‎ ‎ (4)至多有两名女生当选;‎ ‎(5)既要有队长,又要有女生当选.‎ ‎ 【思路点拨】要正确理解题意中的关键性词语, 从“在”与“不在”“至少”中寻求解题思路.‎ ‎【解析】(1)一名女生,四名男生,故共有种.‎ ‎ (2)将两队长作为一类,其他11人作为一类,故共有种.‎ ‎ (3)至少有一名队长含有两类:只有一名队长和两名队长.‎ ‎ 故共有种,或采用排除法:种.‎ ‎ (4)至多有两名女生含有三类:有两名女生、只有一名女生、没有女生.‎ ‎ 故共有种.‎ ‎ (5)分两类:第一类女队长当选:;‎ ‎ 第二类女队长不当选:.‎ ‎ 故共有种.‎ ‎【总结升华】 ‎ 本题属有限制条件的组合问题,“含”与“不含”,“最多”与“至少”是常见题型.“含有”一般先将这些元素取出,不足部分由另外的元素补充,“不含”可将这些元素剔除,再从剩下的元素中去取.解“最多”与“至少”问题,是用直接法还是排除法,要具体问题具体分析,一般是正难则反.‎ ‎ 举一反三:‎ ‎【变式】200件产品中有5件是次品,现从中任意抽取4件,‎ 按下列条件,各有多少种不同的抽法(只要求列式)?‎ ‎(1)都不是次品;(2)至少有1件次品;(3)不都是次品.‎ ‎【答案】(1)都不是次品,即全部为正品.共有抽法种.‎ ‎ (2)至少有1件次品,包括1件、2件、3件、4件次品的情况.‎ ‎ 共有抽法种[或种].‎ ‎ (3)不都是次品,即至少有1件正品.‎ ‎ 共有抽法种[或种].‎ ‎【高清课堂:组合370707 例题6】‎ 例3. 有六本不同的书分给甲、乙、丙三名同学,按下列条件,各有多少种不同的分法?‎ ‎ (1)每人各得两本;‎ ‎ (2)甲得一本,乙得两本,丙得三本;‎ ‎ (3)一人一本,一人两本,一人三本;‎ ‎ (4)甲得四本,乙得一本,丙得一本;‎ ‎ (5)一人四本,另两人各一本.‎ ‎ 【思路点拨】本题是首先是要把六本不同的书分成3组,然后再分配到甲、乙、丙三人手中。‎ ‎【解析】 (1)共有分法(种).‎ ‎ (2)共有分法(种).‎ ‎ (3)由于没指明谁得几本,在(2)的基础上,对甲、乙、丙作全排.‎ ‎ ∴共有分法(种).‎ ‎ (4)共有分法(种).‎ ‎ (5)由于没指明谁得四本,在(4)的基础上,还有种分法.‎ ‎ ∴共有分法(种).‎ ‎【总结升华】一般地,平均分成n堆(组),必须除以n!;如若部分平均分成m堆(组),必须除以m!。‎ 在(5)中,区别在谁得四本上,另外两人都得一本是没有区别的;而(3)中谁得一本、两本、三本都是有区别的.这就是乘以和的区别.本类题是分组后分配问题,要将分组和分配分得很清楚。‎ 举一反三:‎ ‎【变式1】 4个不同的球,4个不同的盒子,把球全部放入盒内.  (1)恰有1个盒不放球,共有几种放法?  (2)恰有1个盒内有2个球,共有几种放法?  (3)恰有2个盒不放球,共有几种放法? 【答案】(1)为保证“恰有1个盒不放球”,先从4个盒子中任意取出去一个,问题转化为“4个球,‎ ‎3个盒子,每个盒子都要放入球,共有几种放法?”即把4个球分成2,1,1的三组,‎ 然后再从3个盒子中选1个放2个球,其余2个球放在另  外2个盒子内,由分步乘法 计数原理,共有 (2)“恰有1个盒内有2个球”,即另外3个盒子放2个球,每个盒子至多放1个球,也即 另外3个盒子中恰有一个空盒,因此,“恰有1个盒内有2个球”与“恰有1个盒不放球”‎ 是同一件事,所以共有144种放法.   (3)确定2个空盒有种方法.4个球放进2个盒子可分成(3,1)、(2,2)两类,第一类 有序不均匀分组有种方法;第二类有序均匀分组有种方法. 故共有 种.‎ ‎【变式2】(1)4名乒乓球选手,分为两组举行双打比赛,共有多少种分组方法?‎ ‎ (2)10名篮球队员,分成两队各5人,有多少种分组方法?‎ ‎ (3)将1,2,3,4,5,6六个数字平分为3份,每份两个数字,共有多少种不同的分组方法?‎ ‎【答案】(1)看似简单,容易认为有种分法.具体排一下:1、2~3、4,1、3~2、4,1、‎ ‎4~2、3,2、3~1、4,2、4~1、3,3、4~1、2,即会发现各重复一次,总共 分组方法不是6种,而只有3种,一般规律是.‎ ‎(2)与(1)同理,共有种分组方法.种中含1,2,3,4,5,又含6,7,8,9,10.‎ 当取1,2,3,4,5时,相应的另一组是6,7,8,9,10.当取6,7,8,9,10时,相应的另一组是1,2,3,4,5.显然也是各重复一次.‎ ‎(3)此题易误认为有方法种.分析一下下面的6种分组方法:1、2,3、4,5、6;‎ ‎1、2,5、6,3、4;3、4,1、2,5、6;5、6,1、2,3、4;5、6,3、4,1、2.这实际上是同一种分组法,即这中间各有组是重复的同一种分组方法,所以,共有分组方法应是种.‎ ‎【变式3】把一同排6张座位编号为1,2,3,4,5,6的电影票全部分给4个人,每人至少分1张,至多分2张,且这两张票具有连续的编号,那么不同的分法种数是( )‎ ‎ A.168 B.96 C.72 D.144‎ ‎【答案】D 本题是典型的分组搭配问题(不平均分组),注意对该类问题的两种处理方法—--“先分(分组)后给(分配)”和“边分(分组)边给(分配)”的把握.‎ 本题把一同排6张座位编号为1,2,3,4,5,6的电影票分为4组的方法数为6种,每一种分组的分配方法均为,故本题的方法数为种.故选(D).‎ ‎【变式4】(2019 太原校级模拟)某宾馆安排A、B、C、D、E五人入住3个房间,每个房间至少住1人,且A、B不能住同一房间,则不同的安排方法有( )种。‎ A.24 B.48 C.95 D.114‎ ‎【答案】‎ ‎5个人住三个房间,每个房间至少住1人,则有(3,1,1)和(2,1,1)两种,‎ 当为(3,1,1)时,有种,A、B住同一房间有种,故有60―18=42种,‎ 当为(2,2,1)时,有种,A、B住同一房间有种,故有90―18=72种,‎ 根据分类计数原理共42+72=114种,故选D。‎ 例4. 在一个晚会上有相声、唱歌、诗歌朗诵、小品、小提琴独奏节目各一个,要求相声节目必须排在小提琴独奏前,小品排在小提琴独奏后,这台晚会的节目有多少种不同的排法?‎ ‎【思路点拨】本题是部分元素顺序一定排序问题,可以用定序法.‎ ‎【解析】先把这5个节目排成一排占5个位置,先在这5个位置中选3个位置按从前到后为相声、小提琴独奏、小品顺序安排这三个节目有种不同方法,再在其余2个位置上安排唱歌和诗歌朗诵有种不同方法,根据分步计数原理,符合要求的节目排法有=20种.‎ ‎【总结升华】‎ 对部分不同元素定序(或部分相同元素)排列的问题,常用方法还有定序法,先从所有位置中按“特殊元素”个数选出若干位置,并把这些特殊元素按指定顺序排上去,再将普通元素在其余位置上全排列.‎ 举一反三:‎ ‎【变式1】 甲乙丙丁戊站成一排照相,要求甲必须站在乙的左边,丙必须站在乙的右边,有多少种不同的排法?‎ ‎【答案】先把甲乙丙按指定顺序拍成一排只有1种排法,再在甲乙丙的两端和之间5个空档中选1个位置让丁站有种不同的方法, 再在这4人之间和两端5个空档中选1个位置让戊站有种不同 ‎【变式2】(2015·朝阳区模拟)各大学在高考录取时采取专业专愿优先的录取原则。一考生从某大学所给的7个专业中,选择3个作为自己的第一、二、三专业志愿,其中甲、乙两个专业不能同时兼报,则该考生不同的填报专业志愿的方法有( )‎ A.210种 B.180种 C.120种 D.95种 ‎【答案】‎ 从7个专业选3个,有种选法,‎ 甲乙同时兼报的有种选法,‎ 则专业共有35-5=30种选法,‎ 则按照专业顺序进行报考的方法为,‎ 故选B ‎ 例5. 某校召开学生会议,要将10个学生代表名额,分配到某年级的6个班中,若每班至少1个名额,又有多少种不同分法?‎ ‎【思路点拨】把10相同的名额分配到6个不同的班级中,适合隔板法。‎ ‎【解析】将10个学生代表名额,分配到某年级的6个班中,每班至少1个名额,可分以下两步完成。‎ 第一步:每班先给1个名额,仅有1种给法;‎ 第二步:将剩余的4个名额分到这6个班里,‎ 由隔板法知,此时,有C种不同分法。由分步计数原理知,共有C种不同分法。‎ ‎ C=C==126(种)。‎ ‎ 所以某校召开学生会议,要将10个学生代表名额,分配到某年级的6个班中,若每班至少1个名额,有126种不同分法.‎ ‎ 【总结升华】 名额与名额是没有差别的,而班级与班级是有差别的,故适合隔板法。‎ 举一反三:‎ ‎【变式】将20个相同的小球放入编号分别为1,2,3,4的四个盒子中,要求每个盒子中的球数不少于它的编号数,求放法总数。‎ ‎【答案】解法1:先在编号1,2,3,4的四个盒子内分别放0,1,2,3个球,剩下14个球,有1种方法;再把剩下的球分成4组,每组至少1个,放法有(种)。‎ 解法2:第一步先在编号1,2,3,4的四个盒子内分别放1,2,3,4个球,剩下10个球,有1种方法;第二步把剩下的10个相同的球放入编号为1,2,3,4的盒子里,放法有(种)。‎ 类型三、 排列组合的综合应用 例6. 某篮球队有12名队员,有6名打前锋,4名打后卫,甲、乙两人既能打前锋又能打后卫(出场阵容为3名前锋,2名后卫)共有多少种出场阵容?‎ ‎ 【思路点拨】 本题中的甲、乙两名队员为“多面手”,应优先考虑.甲、乙两人是否上场,且上场后是前锋还是后卫,以此为分类标准.‎ ‎ 【解析】 以2名既能打前锋又能打后卫的队员是否上场.且上场后是前锋还是后卫作分类标准:‎ ‎ ①甲、乙都不上场有(种);‎ ‎ ②甲、乙有一名上场,作前锋有种,作后卫有种,共(种);‎ ‎ ③甲、乙都上场,都作前锋有种,都作后卫有种,一个作前锋一个作后卫有种,共有(种).‎ ‎ 据分类计数原理,共有120+340+176=636(种).‎ ‎ 【总结升华】对于有关元素为“多面手”的问题,应该按照“多面手”有没有被选入,选中的“多面手”作何用,进行分类.‎ 举一反三:‎ ‎【高清课堂:组合370707 例题4】‎ ‎【变式】由12个人组成文娱小组,其中5个人只会跳舞,5个人只会唱歌,两个人既会跳舞又会唱歌。若从中选出4个会跳舞和4个会唱歌的人去排演节目,共有多少种不同的选法?‎ ‎【答案】‎ 依题意有              按选出的8人中,会跳舞的四人中含几名全能的人分类      ‎ 例7. 已知M、N是两个平行平面,在N内取4个点,在M内取5个点:这9个点中再无其他4点共面,则 ‎ (1)这些点最多能确定几个平面?‎ ‎ (2)以这些点为顶点,能作多少个三棱锥,多少个四棱锥?‎ ‎ 【思路点拨】本题有直接发和排除法两种思路可选,但要注意直接法及排除法都容易将M、N这两个平面丢掉.另外,构成四棱锥底面的4个顶点必须共面,这点很容易忽视。‎ ‎ 【解析】‎ ‎ 直接法.‎ ‎ (1)在平面M内取2个点有种方法,在平面N内取1个点有种方法,这3个点肯定不共线,可构成个平面;在平面M内取1个点,在平面N内取2个点,可构成个平面,再有就是M、N这两个平面.‎ ‎ (2)在平面M内取3个点有种方法,在平面N内取1个点有种方法,这4个点可构成个三棱锥;在平面M内取2个点,在平面N内取2个点;还可在平面M内取1个点,在平面N内取3个点.‎ ‎ 要构成四棱锥,由于底面的4个顶点必须共面,因此只能从平面M内取4个点(平面N内取1个点)或在平面N内取4个点(平面M内取1个点).‎ ‎ 排除法.‎ ‎ (1)从9个点中任取3个点的方法有种,其中从平面M内4个点中任取3个点,即种,从平面N内5个点中任取3个点,即种,这及表示的都仅仅是平面M及平面N.‎ ‎ (2)从9个点中任取4个点的方法中去掉从平面M内4个点取4个及从平面N内5个点任取4个点这两类构不成三棱锥(仅是平面M或平面N)的情况.‎ ‎ 从9个点中任取5个点的方法中去掉构不成四棱锥的三类情况:平面M中取3个点同时平面N中取2个点;平面M中取2个点同时平面N中取3个点;平面N中全取5个点.‎ ‎ 解法一:(1)共有个平面;‎ ‎ (2)可构成个三棱锥;‎ ‎ 可构成个四棱锥.‎ ‎ 解法二:(1)能构成个平面;‎ ‎ (2)能构成个三棱锥;‎ ‎ 能构成个四棱锥.‎ ‎ 【总结升华】 有些排列组合问题,正面直接考虑比较复杂,而它的反面往往比较简捷,可以先求出它的反面,再从整体中淘汰.‎ 举一反三:‎ ‎【变式】 已知正方体ABCD-A1B1C1D1. (1)以正方体顶点为顶点的四面体有多少个?(2)从8个顶点中取出3个顶点,使至少有两个顶点在同一棱上,其取法种数为多少?(3)过8个顶点中任两点的直线与直线A1B异面的有多少条?‎ 图2‎ A B C D B1‎ D1‎ C1‎ A1‎ ‎【答案】 (1)从所有四点的组合中去掉共面的组合,6个表面四点共面,6个对角面四点共面. 所以共有四面体-12=58个. ‎ ‎(2)如图2, A1BD这样的三点不能满足题意,可以认为这个三点组合与顶点A对应,正方体有8个顶点,每个顶点对应一个不合题意的三点组合. 所以满足题意的三点取法共有-8=48种. ‎ ‎(3)在8个顶点取2个的组合中,去掉侧面ABB1A1中的两点组合有个,再去掉过A1不在面ABB1A1内的四条直线与过B的4条直线,还要去掉与之平行的D1C. 所以共有=13条. ‎ ‎ 例8.设有编号1,2,3,4,5的五个球和编号1,2,3,4,5的五个盒子,现将5个球投入这五个盒子内,要求每个盒子放一个球,并且恰好有两个球的编号与盒子的编号相同,有多少投法 ‎【思路点拨】两个球的编号与盒子的编号相同即三个不同,可采用列表法。‎ ‎【解析】从5个球中取出2个与盒子对号有种还剩下3球3盒序号不能对应,利用实际操作法,如果剩下3,4,5号球, 3,4,5号盒3号球装4号盒时,则4,5号球有只有1种装法,同理3号球装5号盒时,4,5号球有也只有1种装法,由分步计数原理有种 ‎ ‎3号盒 4号盒 5号盒 ‎ ‎【总结升华】‎ 对于条件比较复杂的排列组合问题,不易用公式进行运算,往往利用穷举法或画出树状图会收到意想不到的结果 举一反三:‎ ‎【变式】 同室4人各写一张贺年卡,先集中起来,然后每人从中拿一张别人送出的贺年卡,则4‎ 张贺年卡不同的分配方式有().‎ ‎(A)6种(B)9种(C)11种(D)23种 ‎【答案】列举法(具体排、填方格)‎ 设4人为A,B,C,D,他们自己所写的贺卡分别为a,b,c,d,满足条件的分配方式列举如下:‎ 因此,共有3×3=9种不同的分配方式,故选B.‎

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