著名机构高二数学理科寒假班讲义(第3讲)黑板上排列组合你舍得解开吗?.教师版
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1、第3讲 黑板上排列组合,你舍得解开吗?满分晋级概率与统计3级二项式定理概率与统计2级黑板上排列组合,你舍得解开吗?概率与统计1级概率默统计泪 新课标剖析当前形势计数原理在近五年北京卷(理)考查5分高考要求内容要求层次具体要求ABC加法原理与乘法原理理解加法原理与乘法原理,并会运用它们分析和解决一些简单的实际问题排列数公式、组合数公式掌握排列数、组合数公式用排列组合解决实际问题能利用计数原理推导排列数公式、组合数公式,能利用排列组合知识解决简单的实际问题北京高考解读2009年2010年(新课标)2011年(新课标)2012年(新课标)2013年(新课标)第5题5分第3题5分第12题5分第6题5分
2、第12题5分3.1课前回顾知识点睛1分类加法计数原理:做一件事,完成它有类办法,在第一类办法中有种不同的方法,在第二类办法中有种方法,在第类办法中有种不同的方法那么完成这件事共有种不同的方法又称加法原理 如图,从甲地到乙地有条公路,条铁路,某人要从甲地到乙地,共有多少种不同的方法?2分步乘法计数原理:做一件事,完成它需要分成个子步骤,做第一个步骤有种不同的方法,做第二个步骤有种不同方法,做第个步骤有种不同的方法那么完成这件事共有种不同的方法又称乘法原理如图,从甲地到乙地有条道路,从乙地到丙地有条道路,那么从甲地经乙地到丙地共有多少种不同的方法? 【教师备案】因为我们在必修的时候讲过计数原理,所
3、以本讲我们在讲计数原理之前给学生复习一下加法和乘法原理,老师可以借助于上边的两个图让学生从直观理解加法和乘法原理,讲完两个原理之后就可以让学生做例1.经典精讲【例1】 两个原理一个口袋里有5封信,另一个口袋里有4封信,各封信内容均不相同 从两个口袋中任取一封信,有多少种不同的取法?从两个口袋里各取一封信,有多少种不同的取法? 把这两个口袋里的9封信,分别投入4个邮筒,有多少种不同的放法?乘积展开后共有多少项?【解析】 任取一封信,不论从哪个口袋里取,都能单独完成这件事,因此是两类办法,用分类计 数原理,共有种各取一封信,不论从哪个口袋中取,都不能算完成了这件事,因此应分两个步骤完成,由分步计数
4、原理,共有种.若以邮筒装信的可能性考虑,第一个邮筒有10种可能性,即可能装入0,1,2,9封信等不同情况但再考虑第二个邮筒时,装信的情况要受到第一个邮筒装信情况的影响,非常麻烦;若以每封信投入邮筒的可能性考虑,第一封信投入邮筒有4种可能,第二封信仍有4种可能第九封信还有4种可能由分类计数原理可知,共有种不同的放法由分步计数原理得一共有项将三封不同的信投入五个信箱里,共有几种投信方法?【解析】 125种【思路】第一封信可投入5个信箱中任一个,故有5种投法;第二、三封信也可随机地投入5个信箱中的任一个,各有5种投法,依乘法原理,共有种投法【错因分析】误区:分步,第一个信箱可以不放信,放1封,放2封
5、,放3封,共有4种不同的放法,所以共有种投信方法错误原因是对完成一件事的过程认识模糊,且对象选定不准,若第一步三封信都在第一个信箱里,则事件已完成,不需后续几步;若五步都没有放信,则五步全做完,事件还未完成【备选】 5名学生从3项体育项目中选择参赛,若每一名学生只能参加一项,则有多少种不同的参赛方法? 若5名学生争夺3项比赛冠军(每一名学生参赛项目不限),则冠军获得者有几种不同情况(没有并列冠军)?【解析】 每名学生都可从3项体育项目中选1项,有3种选法,故5名学生的参赛方法有种;每个冠军皆有可能被5名学生中任1人获得,3个冠军依次被获得的不同情况有种3.2排列知识点睛1排列:一般地,从个不同
6、的元素中任取个元素,按照一定的顺序排成一列,叫做从个不同元素中取出个元素的一个排列(其中被取的对象叫做元素)【教师备案】在日常生活中我们经常遇到下面一些问题,这些问题有什么共同特征呢? 问题:名同学排成一行照相,有多少种排法? 方法(枚举法)把名同学用作为代号,于是有以下种排法: 方法(分步计数)三人排成一行,可以看作将字母 顺次排入图中的方格中.首先排第一个位置:从 中任选个人,有种方法;其次排第二个位置:从剩下的个人中任选人,有种方法;最后排第三个位置:只有种方法.根据乘法原理,名同学排成一行照相,共有种排法.问题:北京、广州、南京、天津个城市相互通航,应该有多少种机票?方法(枚举法)列出
7、每一个起点和终点情况,如图所示:所以一共有种机票.方法(分步计数)我们按照始点、终点站的顺序进行排列:第一步:先确定起始站,起始站有种选择方法;第二步:再确定终点站,对应于起始站的每一种选择,终点站都有种选择方法.根据乘法原理,共有种机票.问题:从面不同颜色的旗子中,选出面排成一行作为一种信号,能组成多少种信号:解决这个问题可以分三步进行:第一步:先选第面旗子,有种选择方法;第二步:在剩下的种颜色中,再选第面旗子,有种选法;第三步:在剩下的种颜色中,选最后一面旗子,有种选法.根据乘法原理,共有种选法,而每种选法对应一种信号,故共能组成种信号在上面讨论的问题中,问题1是从个不同元素中取出个元素的
8、排列,问题2是从个不同元素中取出个元素的排列问题,问题3是从个不同元素中取出个元素的排列问题.【挑战五分钟】写出:从个元素中任取个元素的所有排列;从个元素中任取个元素且包含的所有排列.【解析】 从排列的直观意义可以看出是从中的每个排列加一个就可以了,而又可以随便放,所以共有:,2排列数:从个不同的元素中取出个元素的所有排列的个数,叫做从个不同元素中取出个元素的排列数,用符号表示3排列数公式:,并且从形式上看排列数等于从开始的个数相乘,比如:是从开始的个数相乘.【教师备案】在讲排列时我们讲了几个排列问题,那么,对于一般的排列问题如何计算所有排列的个数呢?我们把从个不同的元素中任意取出个元素的排列
9、,看成从个不同的球中选出个球,放入排好的个盒子中,每个盒子里放一个球,我们用乘法原理排列这些球(如图)盒子放法数第步:从全体个球中选出一个放入第个盒子,有种选法;第步:从剩下的个球中选出一个放入第个盒子,有种选法;第步:从剩下的个球中选出一个放入第个盒子,有种选法;第步:从剩下的个球中选出一个放入第个盒子,有种选法.根据乘法原理,一共有种放法.4全排列:一般地,个不同元素全部取出的一个排列,叫做个不同元素的一个全排列的阶乘:正整数由到的连乘积,叫作的阶乘,用表示规定: 【教师备案】我们可以对进行变形:【教师备案】老师在讲排列时,建议先讲排列问题,什么是排列,让学生从直观上理解排列,多举几个小例
10、子,具体例子见上边排列问题中的教师备案,然后让学生写排列,这时就可以让学生做【挑战五分钟】了.学生会写所有的排列之后,那排列数是多少呢?不可能每次做题时都把所有的排列写出来,然后数一下,这时,我们就需要排列数的公式了,所以老师就可以给学生讲解排列数公式,讲完排列数之后,要让学生熟练的运用排列数公式,这时,就可以做例2.学生理解排列并知道排列数如何计算后,就要从直观理解排列,具体见例3.最后讲数字问题,在讲数字问题时,先以【铺垫】为例,给学生讲一个最简单的排数字问题,然后再讲例4,含有的排数字问题.经典精讲【例2】 计算排列数计算,求证:解方程【解析】 ,. 解法一: ,解法二:可以从排列的直观
11、意义解释,表示从个元素中取个元素的排列个数,其中不含某元素的有个,故含的排列共有种;含有的可这样进行排列:先排,有种排法,再从另外个元素中取出个元素排在剩下的个位置,有种排法,故含的排法有种.所以 原方程可化为且,解得,经检验是原方程的根【备选】学生刚接触排列,所以对排列数的计算还不是很熟悉,要求学生加强训练,老师可以从下面的题中挑选几个让学生练练.计算下列各题:_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_【解析】 ;.【铺垫】一家有四口人,每年照一张全家福,他们突然想到一件事情,想让每年这四个人的排列方式都不完全相同.比如今年是,明年就可以是.那么这家人的
12、“全家福”计划最多可以实行多少年呢? 这家人掐指一算,发现很快就不能继续拍了,可能过了某年之后,无论怎么排列都会和往年重复,于是这家人决定要一个小孩,这样又可以多拍几年,那么假设有了一个孩子之后,“全家福”计划最多可以实行多少年呢?【解析】 若一家有口人,则能得到每张全家福每个人的位置都不相同的照片,因为个人全排有 种情况,也就是年内可以不重复,以后就会出现重复,所以“全家福”计划最多实行年.个人全排有种情况,所以“全家福”计划最多实行年.【例3】 从直观上理解排列从种不同的蔬菜品种中选出种,分别种植在不同土质的块土地上进行试验,有多少种不同的种植方法?在某乒乓球团体赛中,有一方派了名运动员参
13、赛,采取三局两胜制,前两局单打,最后一局双打,每个运动员只出场一次,则有几种出场顺序?【追问】在年的伦敦奥运会中,参加乒乓球团体赛的有个人,每名运动员出场两次,按照五局三胜制,一、二、四、五场单打,第三场双打,并且比赛顺序是:第一场:;第二场:;第三场:或;第四场:或;第五场:;且如果参加了双打比赛,就不能参加后面的单打比赛;不参加双打比赛的运动员需要参加后面的单打比赛.现我们派张继科、王皓、马龙出场,则有多少不同的方法排定他们的出场顺序?【解析】 将种不同的蔬菜品种看作个不同的元素,则本题即为从个不同元素中任取个元素的排列问题,所以不同的种植方法共有种因为前两局是单打,所以从参赛的名运动员中
14、取名运动员去打单打比赛,最后两个人打双打比赛就可以了,所以不同的出场顺序共有种【追问】由比赛规则和比赛顺序我们可以知道三个人分别打了一场单打比赛,所以有种出场顺序;又因为第三场的双打有种情况,它唯一决定了第四场的情况,所以,一共有种出场顺序.提高班学案1【拓1】有本不同的书,从中选本送给名同学,每人各本,共有多少种不同的送法?【解析】 从本不同的书中选出本分别送给名同学的一种选法,对应于从个元素中取出个元素的一个排列,因此,不同送法的种数是种尖子班学案1【拓2】在的韩国足球联赛中共有支球队参加,每队都要与其余各队在主、客场分别比赛次,共要进行多少场比赛?【解析】 由于任何两队间进行次主场比赛与
15、次客场比赛,所以一场比赛相当于从个不同元素中任取个元素的一个排列.因此总共进行的比赛场次是目标班学案1【拓3】从班委会名成员中选出名,分别担任班级学习委员、文娱委员与体育委员,其中甲、乙二人不能担任文娱委员,则不同的选法共有种.(用数字作答)【解析】文娱委员有种选法,则安排学习委员、体育委员有种方法.由分步乘法计数原理,共有种选法.【铺垫】用这五个数字:可以组成多少个数字允许重复的五位数?可以组成多少个数字不允许重复的五位数?可以组成多少个数字不允许重复的三位数?【解析】 由于数字允许重复,故每个位置的数字都有种选法.因此所求五位数共有个;由于数字不允许重复,故每个位置的数字全排就可以了.因此
16、所求五位数共有个;由于数字不允许重复,故每个位置的数字从个数字中选出个全排就可以了.因此所求 三位数共有个.【例4】 数字问题用0,1,2,3,4,这六个数字:可以组成多少个数字允许重复的六位数?可以组成多少个数字不允许重复的六位数?可以组成多少个数字允许重复的五位数?可以组成多少个数字不允许重复的五位数? 【解析】 先选首位数字,由于不能作首位数字,因此有种选法;由于数字允许重复,故其它位 置的数字都有种选法.因此所求六位数共有个.先选首位数字,由于不能作首位数字,因此有种选法;由于数字不允许重复,故其它位置的数字全排就可以了.因此所求六位数共有个.先选首位数字,由于不能作首位数字,因此有种
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