2021年高考数学大二轮专题复习专题七 第1讲 排列、组合、二项式定理
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1、第 1 讲 排列、组合、二项式定理 考情研析 1.高考中主要考查两个计数原理、排列、组合的简单应用,有时会与概率 相结合,以选择题、填空题为主 2.二项式定理主要考查通项公式、二项式系数等知识 核心知识回顾 1排列 排列数公式:Am nn(n1)(nm1) 01 n! (nm)!(mn,m,nN *). 2组合 (1)组合数公式:Cm n Am n Am m 01 n(n1)(nm1) m(m1)1 02 n! m!(nm)!(mn,m,n N*),由于 0!1,所以 C0 n1. (2)组合数的性质: Cm nC 03 nm n ; Cm n1C 04 m n C 05 m1 n . 3二项
2、式定理 (1)二项展开式 (ab)nC0 na nC1 na n1b1 01Ck na nkbkCn nb n(nN*). 通项:Tk1 02Ck na nkbk(k0,1,2,n). (2)二项式系数的有关性质 二项展开式中,偶数项的二项式系数的和等于奇数项的二项式系数的和,即 C1 nC 3 n C5 nC 0 nC 2 nC 4 n 032n1; 若 f(x)a0a1xa2x2anxn, 则 f(x)展开式中的各项系数和为 f(1), 奇数项系数和为 a0a2a4f(1)f(1) 2 , 偶数项系数之和为 a1a3a5 04 f(1)f(1) 2 热点考向探究 考向 1 两个计数原理 例
3、 1 (1)(2020 北京市房山区二模)李明自主创业种植有机蔬菜,并且为甲、乙、丙、丁四 家超市提供配送服务,甲、乙、丙、丁四家超市分别需要每隔 2 天、3 天、5 天、6 天去配送 一次 已知 5 月 1 日李明分别去了这四家超市配送, 那么整个 5 月他不用去配送的天数是( ) A12 B13 C14 D15 答案 B 解析 将 5 月剩余的 30 天依次编号为 1,2,3,30,因甲、乙、丙、丁四家超市分 别需要每隔 2 天、3 天、5 天、6 天去配送一次,且 5 月 1 日李明分别去了这四家超市配送, 所以李明每逢编号为 3 的倍数的那天要去甲超市配送, 每逢编号为 4 的倍数的那
4、天要去乙超市 配送, 每逢编号为 6 的倍数的那天要去丙超市配送, 每逢编号为 7 的倍数的那天要去丁超市配 送,则李明去甲超市的天数编号为 3,6,9,12,15,18,21,24,27,30,共 10 天;李明 去乙超市但不去甲超市的天数编号为 4,8,16,20,28,共 5 天;李明去丙超市但不去甲、 乙超市的天数编号不存在, 共 0 天; 李明去丁超市但不去甲、 乙、 丙超市的天数编号为 7, 14, 共 2 天;所以李明需要去配送的天数为 1050217,所以整个 5 月李明不用去配送的天 数是 301713.故选 B. (2)如图所示,用 4 种不同的颜色涂入图中的矩形 A,B,
5、C,D 中,要求相邻的矩形涂色 不同,则不同的涂法有( ) A72 种 B48 种 C24 种 D12 种 答案 A 解析 解法一:首先涂 A 有 C1 44 种涂法,则涂 B 有 C 1 33 种涂法,C 与 A,B 相邻,则 C 有 C1 22 种涂法,D 只与 C 相邻,则 D 有 C 1 33 种涂法,所以共有 432372 种涂法. 解法二:按要求涂色至少需要 3 种颜色,故分两类:一是 4 种颜色都用,这时 A 有 4 种 涂法,B 有 3 种涂法,C 有 2 种涂法,D 有 1 种涂法,共有 432124 种涂法;二是用 3 种颜色, 这时 A, B, C 的涂法有 43224
6、种, D 只要不与 C 同色即可, 故 D 有 2 种涂法 所 以不同的涂法共有 2424272 种 应用两个计数原理解题的方法 (1)在应用分类加法计数原理和分步乘法计数原理时,一般先分类再分步,每一步当中又 有可能用到分类加法计数原理 (2)对于复杂的两个计数原理综合使用的问题, 可恰当列出示意图或表格, 使问题形象化、 直观化 1某地实行高考改革,考生除参加语文、数学、外语统一考试外,还需从物理、化学、 生物、政治、历史、地理六科中选考三科,要求物理、化学、生物三科至少选一科,政治、历 史、地理三科至少选一科,则考生共有_种选考方法( ) A6 B12 C18 D24 答案 C 解析 从
7、物化生中选一科,从史地政中选两科,有 C1 3C 2 39 种,从物化生中选两科, 从史地政中选一科,有 C2 3C 1 39 种,所以共有 9918 种故选 C. 2将一个四棱锥的每个顶点染上 1 种颜色,并使同一条棱的两个端点异色,若只有 4 种 颜色可供使用,则不同的染色方法有( ) A48 种 B72 种 C96 种 D108 种 答案 B 解析 如图所示, 若点 B 与 D 处所染颜色相同, 则不同的染色方法有 432248 种; 若点 B 与 D 处所染颜色不相同,则不同的染色方法有 432124 种,由分类加法计数原 理可知不同的染色方法有 482472 种 考向 2 排列与组合
8、问题 例 2 (1)从 0,2 中选一个数字,从 1,3,5 中选两个数字,组成无重复数字的三位数, 其中奇数的个数为( ) A24 B18 C12 D6 答案 B 解析 根据所选偶数为 0 和 2 分类讨论求解. 当选数字 0 时,再从 1,3,5 中取 2 个数字排在个位与百位,因此排成的三位奇数有 C2 3A 2 26 个 当选数字 2 时,再从 1,3,5 中取 2 个数字有 C2 3种方法,然后将选中的两个奇数数字 选一个排在个位,其余 2 个数字全排列,因此排成的三位奇数有 C2 3C 1 2A 2 212 个. 所以由分类加法计数原理,共有 18 个符合条件的三位奇数. (2)(
9、2020 山东省实验中学高考预测卷)从甲、乙等 8 名志愿者中选 5 人参加周一到周五的 社区服务,每天安排一人,每人只参加一天,若要求甲、乙两人至少选一人参加,且当甲、乙 两人都参加时,他们参加社区服务的日期不相邻,那么不同的安排种数为_(用数字作 答). 答案 5040 解析 根据题意,分 2 种情况讨论,若只有甲、乙其中一人参加,有 C1 2C 4 6A 5 53600 种情 况;若甲、乙两人都参加,有 C2 2A 3 6A 2 41440 种情况,则不同的安排种数为 360014405040. 解答排列组合问题的常用方法 排列组合问题从解法上看,大致有以下几种: (1)有附加条件的排列
10、组合问题,大多需要用分类讨论的方法,注意分类时应不重不漏 (2)排列与组合的混合型问题,用分类加法或分步乘法计数原理解决 (3)元素相邻,可以利用捆绑法 (4)元素不相邻,可以利用插空法 (5)定序问题缩倍法 (6)“小集团”问题先整体后局部法 (7)间接法,把不符合条件的排列与组合剔除掉 (8)穷举法,把符合条件的所有排列或组合一一写出来 1(2020 河北省邯郸市二模)2020 年 3 月 31 日,某地援鄂医护人员 A,B,C,D,E,F6 人(其中 A 是队长)圆满完成抗击新冠肺炎疫情任务返回本地,他们受到当地群众与领导的热烈 欢迎 当地媒体为了宣传他们的优秀事迹,让这 6 名医护人员
11、和接见他们的一位领导共 7 人站 一排进行拍照,则领导和队长站在两端且 B,C 相邻,而 B,D 不相邻的排法种数为( ) A36 B48 C56 D72 答案 D 解析 根据题意,分 2 步进行分析:领导和队长站在两端,有 A2 22 种情况,中间 5 人分 2 种情况讨论:若 B,C 相邻且与 D 相邻,有 A2 2A 3 312 种安排方法,若 B,C 相邻且不 与 D 相邻,有 A2 2A 2 2A 2 324 种安排方法,则中间 5 人有 122436 种安排方法,则共有 2 3672 种不同的安排方法故选 D. 2 数术记遗是算经十书中的一部,相传是汉末徐岳(约公元 2 世纪)所著
12、,该书主 要记述了:积算(即筹算)、太乙、两仪、三才、五行、八卦、九宫、运筹、了知、成数、把头、 龟算、珠算、计数 14 种计算器械的使用方法某研究性学习小组 3 人分工搜集整理 14 种计算 器械的相关资料,其中一人 4 种、另两人每人 5 种计算器械,则不同的分配方法有( ) AC 4 14C 5 10C 5 5A 3 3 A2 2 种 BC 4 14C 5 10C 5 5A 2 2 A3 3 种 CC 4 14C 5 10C 5 5 A2 2 种 DC4 14C 5 10C 5 5种 答案 A 解析 先将 14 种计算器械分为三组,方法有C 4 14C 5 10C 5 5 A2 2 种,
13、再排给 3 个人,方法有C 4 14C 5 10C 5 5 A2 2 A3 3种故选 A. 考向 3 二项式定理 例 3 (1)二项式 x 2 x2 n 的展开式中只有第 6 项的二项式系数最大,则展开式中的常数 项是( ) A180 B90 C45 D360 答案 A 解析 依题意 n10, 则 x 2 x2 10 的通项公式 Tr1Cr 10( x) 10r 2 x2 r 2rCr 10 x 55 2 r.令 55 2r 0,得 r2.展开式中的常数项 T322C2 10180. (2)(2020 山东省德州市二模)(x2xa)5的展开式的各项系数和为32,则该展开式中 x9 的系数是(
14、) A15 B5 C5 D15 答案 B 解析 (x2xa)5的展开式的各项系数和为32, 令 x1, 可得(121a)532, 故( a)532,解得 a2,故(x2xa)5(x2x2)5(x2)5(x1)5,设(x2)5的展开式的通项 为 Ti1Ci5x5i(2)i,设(x1)5的展开式的通项为 Mr1Cr 5x 5r(1)r,则(x2)5(x1)5 的展开 式中含 x9的项,即 Ci5x5i(2)iCr 5x 5r(1)rCi 5C r 5(2) ix5rx5iCi 5C r 5( 2)ix10ir中 x 的幂是 9,故 10ir9,可得 ir1. 又由 0i5,0r5,且 i,rN,可
15、得 i0, r1 或 i1, r0. 当 i0, r1 时,Ci5Cr 5(2) ix10irC0 5C 1 5(2) 0 x95x9, 当 i1, r0 时,Ci5Cr 5(2) ix10irC1 5C 0 5(2) 1x910 x9. 所以该展开式中 x9的系数为1055,故选 B. (3)( 多 选 )(2020 山 东 省 泰 安 市 三 模 ) 若 (1 2x)2021 a0 a1x a2x2 a3x3 a2021x2021(xR),则( ) Aa01 Ba1a3a5a20213 20211 2 Ca0a2a4a20203 20211 2 Da1 2 a2 22 a3 23 a202
16、1 220211 答案 ACD 解析 由题意,当 x0 时,a0120211, 当 x1 时,a0a1a2a3a2021(1)20211, 当 x1 时,a0a1a2a3a202132021, 所以 a1a3a5a20213 20211 2 ,a0a2a4a20203 20211 2 , a1 2 a2 22 a2021 22021a1 1 2a2 1 2 2 a2021 1 2 2021 , 当 x1 2时,0a0a1 1 2a2 1 2 2 a2021 1 2 2021 , 所以 a11 2a2 1 2 2 a2021 1 2 2021 a01. 解与二项式定理有关问题的四个关注点 (1)
17、Tr1表示二项展开式中的任意项,只要 n 与 r 确定,该项就随之确定 (2)Tr1是展开式中的第 r1 项,而不是第 r 项 (3)二项展开式中某一项的系数与某一项的二项式系数易混 (4)二项式系数最大项与展开式系数最大项不同 1 (2020 河北省衡水市三模)已知二项式 2x 1 2 1 x n 的展开式中, 二项式系数之和等于 64, 则展开式中的常数项是( ) A240 B120 C48 D36 答案 A 解析 由题意,得 2n64,解得 n6,则 2x 1 2 1 x n 2x 1 2 1 x 6 ,则二项式 2x 1 2 1 x 6 的展开式的通项公式为 Tr1Cr 6 2x 1
18、2 6r 1 x r 26r Cr 6 x 33 2r , 令 33 2r0, 即 r2, 则 26rCr 62 4C2 6240.故选 A. 2已知(x1)6(ax1)2的展开式中,x3的系数为 56,则实数 a 的值为( ) A6 或1 B1 或 4 C6 或 5 D4 或 5 答案 A 解析 因为(x1)6(ax1)2(x1)6(a2x22ax1),所以(x1)6(ax1)2的展开式中 x3的 系数是 C3 6C 2 6(2a)C 1 6a 26a230a20,所以 6a230a2056,解得 a6 或1.故选 A. 3 已知(12x)(12x)2(12x)3(12x)n的展开式中 x
19、的系数恰好是数列an的 前 n 项和 Sn,则 Sn_,a10_ 答案 n2n 20 解析 (12x)(12x)2(12x)3(12x)n的展开式中 x 的系数为 C1 12C 1 22 C1 32C 1 n22(123n)n 2n,即 Snn2n,所以当 n2 时,anSnSn 1 2n,所以 a1020. 真题押题 真题检验 1(2020 新高考卷)6 名同学到甲、乙、丙三个场馆做志愿者,每名同学只去 1 个场馆, 甲场馆安排 1 名,乙场馆安排 2 名,丙场馆安排 3 名,则不同的安排方法共有( ) A120 种 B90 种 C60 种 D30 种 答案 C 解析 首先从 6 名同学中选
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