第56讲 排列与组合(教师版)备战2021年新高考数学微专题讲义
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1、 第 1 页 / 共 11 页 第第 56 讲讲 排列与组合排列与组合 一、课程标准 1、通过实例,理解排列、组合的概念 2、能利用计数原理推导排列数公式、组合数公式. 二、基础知识回顾 知识梳理 1. 分类加法计数原理 完成一件事, 有n类方式, 在第1类方式中有m1种不同的方法, 在第2类方式中有m2种不同的方法, , 在第 n 类方式中有 mn种不同的方法,那么完成这件事共有 N_m1m2mn_种不同的方法 2. 分步乘法计数原理 完成一件事,需要分成 n 个步骤,做第 1 步有 m1种不同的方法,做第 2 步有 m2种不同的方法, 做第 n 步有 mn种不同的方法,那么完成这件事共有
2、N_m1m2mn_种不同的方法 3. 排列与排列数 (1)排列:一般地,从 n 个不同元素中取出 m(mn)个元素,按照一定的顺序排成一列,叫做从 n 个不 同元素中取出 m 个元素的_一个排列_ (2)排列数的定义:从 n 个不同元素中取出 m(mn)个元素的所有不同排列的个数叫做从 n 个不同元素 中取出 m 个元素的_排列数_,用符号_Am n_表示 (3)排列数公式: Am nn(n1)(n2)(nm1)_ n! (nm)!_(n,mN *,并且 mn) Ann_n (n1) (n2) 3 2 1_n! ,规定 0!_1_ 4. 组合与组合数 (1)组合:一般地,从 n 个不同元素中取
3、出 m(mn)个元素合并成一组,叫做从 n 个不同元素中取出 m 个元素的_一个组合_ (2)组合数的定义:从 n 个不同元素中取出 m(mn)个元素的所有不同组合的个数,叫做从 n 个不同元 素中取出 m 个元素的_组合数_,用符号_Cm n_表示 (3)组合数公式: Cm nA m n Am m n(n1)(n2)(nm1) m! _ n! m!(nm)!_(n,mN *,并且 mn) (4)组合数的性质: 性质 1:Cm n_C nm n _ 性质 2:Cm n1_C m1 n Cm n_ 第 2 页 / 共 11 页 性质 3:mCm n_n C m1 n1_ 三、自主热身、归纳总结
4、1、某校“数学俱乐部”有高一学生 7 人,高二学生 10 人,高三学生 8 人,若从每一个年级各选 1 名担任 负责人,则有_种不同的选法( ) A. 25 B. 280 C. 560 D. 580 【答案】C 【解析】 根据分步计数原理, 高一有7种不同选择, 高二有10种不同选择, 高三有8种不同选择, 共7108 560 种故选 C. 2、从 5 名男生和 4 名女生种选出 4 人参加辩论赛,如果男生中的甲与女生中的乙至少要有 1 人在内,那么 有_种不同选法( ) A. 20 B. 60 C. 78 D. 91 【答案】 D 【解析】 在 9 人选 4 人的所有选法中,去掉甲和乙都不在
5、内的选法,就得到符合条件的选法数:C49C47 91.故选 D. 3、 已知集合M=1,-2,3,N=-4,5,6,-7,从M,N这两个集合中各选一个元素分别记作a,b则下 列说法正确的有( ) A. b a 表示不同的正数的个数是6 B. b a 表示不同的比1小的数的个数是6 C.(a,b)表示x轴上方不同的点的个数是6 D.(a,b)表示y轴右侧不同的点的个数是6 【答案】BC 【解析】对于选项A,若a,b均为正,共有22=4个,若a,b均为负,共有12=2个,但6 3= -4 -2,所以共有5 个,所以选项A错误;对于选项B,若b a为正,显然均比1大,所以只需 b a为负即可,共有2
6、2+12=6个,所 以选项B正确;对于选项C,要使(a,b)表示x轴上方的点,只需b为正即可,共有23=6个,所以选项C 正确;对于选项D,要使(a,b)表示y轴右侧的点,只需a为正即可,共有24=8个,所以选项D错误 4、(1)7C364C47_; (2)A36_ _ 【答案】 (1) 0 (2)120 【解析】 (1)7C364C477654 3214 7654 43210;(2)A 3 6654120. 第 3 页 / 共 11 页 5、某地区计划实施新高考考试方案,现模拟选科,其中语文、数英语为必选科目.从物理、化生物、历史、地 理、政治、信息技术七科中任选三科,组合成“3+3”模式.
7、若小王同学在物理和化学这两科中至多选一科,则他 选择的组合方式有 种(用数字作答). 【答案】.30 【解析】 “物理和化学两科中至多选一科”的选法可分两类.第一类,不选物理和化选法有C5 3=10(种);第二类, 选物理和化学中的一门,选法有C2 1C52=20(种).所以他选择的组合方式共有 10+20=30(种). 四、例题选讲 考点一 两个计数原理的应用 例 1、(1)已知一个三位数从 0,1,2,3,4 中任意选取如果三位数的中数字不允许重复使用,那么能得到 多少个三位数?如果三位数中的数字允许重复使用,那么能得到多少个三位数? (2)用红、黄、蓝三种颜色去涂图中标号为 1,2,9
8、的 9 个小正方形(如图),使得任意相邻(有公共 边)的小正方形所涂颜色都不相同,且标号为 1,5,9 的小正方形涂相同的颜色,则符合条件的所有涂法共 有多少种? 1 2 3 4 5 6 7 8 9 【解析】(1)若不重复,三位数先考虑百位情况,共 4 种选择,十位除去百位已选一个数,也是 4 种不同选 择,个位共 3 种不同选择,故总共能得到 44348 个不同的三位数 若重复,三位数先考虑百位,共 4 种不同选择,十位共 5 种不同选择,个位共 5 种不同选择,故共有 4 55100 个不同的三位数 (2)把区域分为三部分,第一部分 1,5,9,有 3 种涂法; 第二部分 4,7,8,当
9、5,7 同色时,4,8 各有 2 种涂法,共 4 种涂法,当 5,7 异色时,7 有 2 种涂法, 4,8 均只有 1 种涂法,故第二部分共 426 种涂法;第三部分与第二部分一样,共 6 种涂法由分步乘 法计数原理,可得涂法共有 366108(种) 变式 1、甲与其四位同事各有一辆私家车,车牌尾数分别是 9,0,2,1,5,为遵守当地某月 5 日至 9 日 5 天的限行 规定(奇数日车牌尾数为奇数的车通行,偶数日车牌尾数为偶数的车通行),五人商议拼车出行,每天任选一辆符 合规定的车,但甲的车最多只能用一天,则不同的用车方案种数为( ) A.64 B.80 C.96 D.120 【答案】B 第
10、 4 页 / 共 11 页 【解析】 5 日至 9 日,日期尾数分别为 5,6,7,8,9,有 3 天是奇数日,2 天是偶数日.第一步,安排偶数日出行,每天都 有 2 种选择,共有 22=4(种);第二步,安排奇数日出行,分两类,第一类,选 1 天安排甲的车,另外 2 天安排其他车, 有 322=12(种),第二类,不安排甲的车,每天都有 2 种选择,共有 23=8(种),共有 12+8=20(种).根据分步乘法计 数原理,不同的用车方案种数为 420=80. 变式 2、满足 a,b1,0,1,2,且关于 x 的方程 ax22xb0 有实数解的有序数对(a,b)的个数为 _. 【答案】13 【
11、解析】 当 a0 时,关于 x 的方程为 2xb0,此时有序数对(0,1),(0,0),(0,1),(0,2)均满足 要求;当 a0 时,44ab0,ab1,此时满足要求的有序数对为(1,1),(1,0),(1,1),( 1,2),(1,1),(1,0),(1,1),(2,1),(2,0)综上,满足要求的有序数对共有 13 个 方法总结:利用两个计数原理解决应用问题的一般思路: (1)弄清完成一件事是做什么 (2)确定是先分类后分步,还是先分步后分类 (3)弄清分步、分类的标准是什么 (4)利用两个计数原理求解 考点二 排列的应用 例 2 有 4 个男生,3 个女生按下列要求排队拍照,各有多少
12、种不同的排列方法? (1)7 个人排成一列,4 个男生必须连排在一起; (2)7 个人排成一列,3 个女生中任何两个均不能排在一起; (3)7 个人排成一列,甲、乙、丙三人顺序一定; (4)7 个人排成一列,但男生必须连排在一起,女生也必须连排在一起,且男甲与女乙不能相邻 【解析】 (1)不妨先将 4 个男生看作一个整体,连同三个女生共 4 个元素进行排列,有 A44种排法,然后将 4 个男生全排列,有 A44种排法,根据分步乘法计数原理有 A44A44576(种)不同的排法 (2)先排男生,有 A44种排法,再在他们之间和左右两端共 5 个空档中插入 3 个女生,有 A35种排法,故共 有
13、A44A351 440(种) (3)先不考虑三人的顺序,任意排列有 A77种,其中每 A33种有且只有 1 种符合甲、乙、丙三人顺序一定, 共有A 7 7 A33840(种)另解:七个位置中,先将除甲乙丙外的 4 人排好,然后按一定顺序排入三个空位中,排 法唯一,故有 A47840 种排法 第 5 页 / 共 11 页 (4)先将男生和女生看作两个整体, 男生、 女生分别全排列, 有 A22A44A33种排法, 再考虑男甲与女乙相邻, 有 A22A33A22种,故有 A22A44A33A22A33A22264(种) 变式 1、有 3 名男生、4 名女生,在下列不同条件下,求不同的排列方法总数
14、(1)选 5 人排成一排; (2)排成前后两排,前排 3 人,后排 4 人; (3)全体排成一排,甲不站排头也不站排尾; (4)全体排成一排,女生必须站在一起; (5)全体排成一排,男生互不相邻 【解析】 (1)从 7 人中选 5 人排列,有 A 5 7765432 520(种) (2)分两步完成, 先选 3 人站前排, 有 A 3 7种方法, 余下 4 人站后排, 有 A 4 4种方法, 共有 A 3 7A 4 45 040(种) (3)法一: (特殊元素优先法)先排甲, 有 5 种方法, 其余 6 人有 A 6 6种排列方法, 共有 5A 6 63 600(种) 法二:(特殊位置优先法)首
15、尾位置可安排另 6 人中的两人,有 A 2 6种排法,其他有 A 5 5种排法,共有 A 2 6A 5 5 3 600(种) (4)(捆绑法)将女生看作一个整体与 3 名男生一起全排列, 有 A 4 4种方法, 再将女生全排列, 有 A 4 4种方法, 共有 A 4 4A 4 4576(种) (5)(插空法)先排女生, 有 A 4 4种方法, 再在女生之间及首尾 5 个空位中任选 3 个空位安排男生, 有 A 3 5种方法, 共有 A 4 4A 3 51 440(种) 变式 2、 (1)高三要安排毕业晚会的 4 个音乐节目,2 个舞蹈节目和 1 个曲艺节目的演出顺序,要求 2 个舞蹈节目不连排
16、,则不同排法的种数是( ) A1 800 B3 600 C4 320 D5 040 (2)将 7 个人(其中包括甲、乙、丙、丁 4 人)排成一排,若甲不能在排头,乙不能在排尾,丙、丁两 人必须相邻,则不同的排法共有( ) A1 108 种 B1 008 种 C960 种 D504 种 【答案】 (1)B (2)B 【解析】 (1)先排除舞蹈节目以外的 5 个节目,共 A 5 5种,再把 2 个舞蹈节目插在 6 个空位中,有 A 2 6种,所 以共有 A 5 5A 2 63 600(种) (2)将丙、丁两人进行捆绑,看成一人将 6 人全排列有 A 2 2A 6 6种排法;将甲排在排头,有 A 2
17、 2A 5 5种排法;乙 排在排尾,有 A 2 2A 5 5种排法;甲排在排头,乙排在排尾,有 A 2 2A 4 4种排法则甲不能在排头,乙不能在排尾,丙、 丁两人必须相邻的不同排法共有 A 2 2A 6 6A 2 2A 5 5A 2 2A 5 5A 2 2A 4 41 008(种) 第 6 页 / 共 11 页 方法总结:(1)对于有限制条件的排列问题,分析问题时有位置分析法、元素分析法,在实际进行排列时一 般采用特殊元素优先原则,即先安排有限制条件的元素或有限制条件的位置,对于分类过多的问题可以采 用间接法 (2)对相邻问题采用捆绑法、不相邻问题采用插空法、定序问题采用倍缩法是解决有限制条
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