2019人教A版数学选修2-3学案:1.2.2(第2课时)组合的综合应用(习题课)
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1、第 2 课时 组合的综合应用(习题课)1.进一步理解组合的定义,熟练掌握组合数公式的应用 2.能解决含有限制条件的组合问题,掌握常见的类型及解决策略 3.能解决简单的排列、组合的综合问题探究点 1 有限制条件的组合问题课外活动小组共 13 人,其中男生 8 人,女生 5 人,并且男、女生各有一名队长,现从中选 5 人主持某项活动,依下列条件各有多少种选法?(1)至少有一名队长当选(2)至多有两名女生当选(3)既要有队长,又要有女生当选【解】 (1)至少有一名队长含有两种情况:有一名队长和两名队长,故共有C C C C 825 种或采用排除法有 C C 825 种12 411 2 311 513
2、 511(2)至多有两名女生含有三种情况:有两名女生、只有一名女生、没有女生,故共有C C C C C 966 种25 38 15 48 58(3)分两种情况:第一类:女队长当选,有 C 种;412第二类:女队长不当选,有 C C C C C C C 种14 37 24 27 34 17 4故共有 C C C C C C C C 790 种412 14 37 24 27 34 17 4变问法 在本例条件下,至多有 1 名队长被选上的方法有多少种?解:分两类情况:第一类:没有队长被选上,从除去两名队长之外的 11 名学生中选取 5 人有 C 462 种选511法第二类:一名队长被选上,分女队长被
3、选上和男队长被选上,不同的选法有:C C 660 种选法411 411所以至多 1 名队长被选上的方法有 4626601 122 种有限制条件的组合问题分类有限制条件的抽(选)取问题,主要有两类:一是“含”与“不含”问题,其解法常用直接分步法,即“含”的先取出, “不含”的可把所指元素去掉再取,分步计数;二是“至多” “至少”问题,其解法常有两种解决思路:一是直接分类法,但要注意分类要不重不漏;二是间接法,注意找准对立面,确保不重不漏 1.若从 1,2,3,9 这 9 个整数中取 4 个不同的数,使其和为奇数,则不同的取法共有( )A60 种 B63 种C65 种 D66 种解析:选 A.若四
4、个数之和为奇数 ,则有 1 个奇数 3 个偶数或者 3 个奇数 1 个偶数若是 1个奇数 3 个偶数,则有 C C 20 种,若是 3 个奇数 1 个偶数 ,则有 C C 40 种,共有15 34 35 14204060 种不同的取法2(2018江苏盐城大丰新中学高二下学期期中) 现从 8 名学生中选出 4 人去参加一项活动,若甲、乙两名同学不能同时入选,则共有_种不同的选派方案(用数字作答)解析:根据题意,分两种情况讨论:甲、乙两位同学只有一人入选,只需从剩余的 6 人中再选出 3 人,有 C C 40( 种)选12 36派方案;甲、乙两位同学都没有入选,只需从剩余的 6 人中选出 4 人,
5、有 C 15(种)选派方46案则共有 401555 种选派方案答案:55探究点 2 组合中的分组、分配问题按以下要求分配 6 本不同的书,各有几种方法?(1)平均分配给甲、乙、丙三人,每人 2 本;(2)分成三份,一份 1 本,一份 2 本,一份 3 本;(3)甲、乙、丙三人中,一人得 1 本,一人得 2 本,一人得 3 本【解】 (1)3 个人一个一个地来取书,甲从 6 本不同的书中任取 2 本的方法有 C 种,甲26不论用哪种方法,取得 2 本书后,乙再从余下的 4 本书中任取 2 本有 C 种方法,而甲、24乙不论用哪一种方法各取 2 本书后,丙从余下的两本书中取两本书,有 C 种方法,
6、所以2一共有 C C C 90( 种)方法 26 24 2(2)先在 6 本书中任取 1 本,作为一堆,有 C 种取法,再从余下的 5 本书中任取 2 本,作16为一堆,有 C 种取法,最后余下 3 本书作为一堆,有 C 种取法,共有方法25 3C C C 60( 种)16 25 3(3)分成三堆共有 C C C 种,但每一种分组方法又有 A 种不同的分配方案,故一人得 116 25 3 3本,一人得 2 本,一人得 3 本的分法有 C C C A 360(种)16 25 3 3在本例条件下,若甲、乙、丙三人中,一人得 4 本,另外两个人每个人得 1 本,有多少种分法?解:先分成三堆,为部分均
7、匀分组问题,共有 种,然后分给三个人共有 A 90(种)3分组、分配问题的求解策略(1)分组问题属于“组合”问题,常见的分组问题有三种完全均匀分组,每组的元素个数均相等;部分均匀分组,应注意不要重复,若有 n 组均匀,最后必须除以 n!;完全非均匀分组,这种分组不考虑重复现象(2)分配问题属于“排列”问题分配问题可以按要求逐个分配,也可以分组后再分配 将 4 个编号为 1,2,3,4 的小球放入 4 个编号为 1,2,3,4 的盒子中(1)有多少种放法?(2)每盒至多一球,有多少种放法?(3)恰好有一个空盒,有多少种放法?(4)把 4 个不同的小球换成 4 个相同的小球,恰有一个空盒,有多少种
8、放法?解:(1)每个小球都可能放入 4 个盒子中的任何一个,将小球一个一个放入盒子 ,共有44444 4256 种放法(2)这是全排列问题,共有 A 24 种放法4(3)法一:先将 4 个小球分为三组,有 种方法,再将三组小球投入四个盒子中的三个盒子,有 A 种投放方法,故共有 A 144 种放法34 34法二:先取 4 个球中的两个“捆”在一起,有 C 种选法,把它与其他两个球共 3 个元素24分别放入 4 个盒子中的 3 个盒子,有 A 种投放方法,所以共有 C A 144 种放法34 24 34(4)先从四个盒子中选出三个盒子,再从三个盒子中选出一个盒子放入两个球 ,余下两个盒子各放一个
9、由于球是相同的即没有顺序,所以属于组合问题,故共有 C C 12 种放34 13法探究点 3 与几何图形有关的组合问题如图,在以 AB 为直径的半圆周上,有异于 A,B 的六个点 C1,C 2,C 6,线段 AB 上有异于 A,B 的四个点D1,D 2,D 3,D 4.(1)以这 10 个点中的 3 个点为顶点可作多少个三角形?其中含 C1 点的有多少个?(2)以图中的 12 个点(包括 A, B)中的 4 个为顶点,可作出多少个四边形?【解】 (1)法一:可作出三角形 C C C C C 116(个)36 16 24 26 14法二:可作三角形 C C 116( 个),310 34其中以 C
10、1 为顶点的三角形有 C C C C 36(个) 25 15 14 24(2)可作出四边形 C C C C C 360( 个)46 36 16 26 26解答几何图形类组合问题的策略(1)几何组合问题,主要考查组合的知识和空间想象能力, 题目多以立体几何中的点、线、面的位置关系为背景的排列、组合这类问题情境新颖,多个知识点交汇在一起,综合性强(2)解答几何组合问题的思考方法与一般的组合问题基本一样,只要把图形的限制条件视为组合问题的限制条件即可(3)计算时可用直接法,也可用间接法,要注意在限制条件较多的情况下 ,需要分类计算符合题意的组合数 (1)四面体的一个顶点为 A,从其他顶点和各棱中点中
11、取 3 个点,使它们和点 A 在同一平面上,有多少种不同的取法?(2)四面体的顶点和各棱中点共 10 个点,在其中取 4 个不共面的点,有多少种不同的取法?解:(1)( 直接法 )如图,含顶点 A 的四面体的 3 个面上,除点 A 外都有 5 个点,从中取出 3 点必与点 A 共面共有 3C 种取法;含顶点 A 的三条棱上各35有三个点,它们与所对的棱的中点共面,共有 3 种取法根据分类加法计数原理,与顶点 A 共面的三点的取法有 3C 333 种35(2)(间接法 )如图,从 10 个点中取 4 个点的取法有 C 种,除去 4 点共面的取法种数可以得410到结果从四面体同一个面上的 6 个点
12、取出的 4 点必定共面有 4C 60 种,四面体的每46一棱上 3 点与相对棱中点共面,共有 6 种共面情况,从 6 条棱的中点中取 4 个点时有 3 种共面情形(对棱中点连线两两相交且互相平分 ),故 4 点不共面的取法为: C (60 63)410141 种探究点 4 排列、组合的综合应用从 1 到 9 的九个数字中取 3 个偶数、4 个奇数,问:(1)能组成多少个没有重复数字的七位数?(2)上述七位数中 3 个偶数排在一起的有几个?【解】 (1)分步完成:第一步,在 4 个偶数中取 3 个,可有 C 种取法;第二步,在 5 个34奇数中取 4 个,可有 C 种取法;第三步 ,3 个偶数、
13、4 个奇数进行排列,可有 A 种排45 7法所以符合题意的七位数有 C C A 100 800(个) 34 45 7(2)上述七位数中,3 个偶数排在一起的有 C C A A 14 400(个)34 45 5 3解答排列、组合综合问题的思路及注意点(1)解排列、组合综合问题的一般思路是“先选后排” ,也就是先把符合题意的元素都选出来,再对元素或位置进行排列 (2)解排列、组合综合问题时要注意以下两点:元素是否有序是区分排列与组合的基本方法,无序的问题是组合问题,有序的问题是排列问题对于有多个限制条件的复杂问题,应认真分析每个限制条件,然后再考虑是分类还是分步,这是处理排列、组合的综合问题的一般
14、方法(2018重庆高二检测) 将编号为 1,2,3,4 的四个小球放入 3 个不同的盒子中,每个盒子里至少放 1 个,则恰有 1 个盒子放有 2 个连号小球的所有不同放法有_种(用数字作答)解析:先把 4 个小球分为(2, 1,1) 一组,其中 2 个连号小球的种类有 (1,2),(2 ,3),(3,4)为一组,分组后分配到三个不同的盒子里,共有 C A 18 种13 3答案:181某乒乓球队有 9 名队员,其中 2 名是种子选手,现在挑选 5 名选手参加比赛,种子选手必须在内,那么不同的选法共有( )A26 种 B84 种 C35 种 D21 种解析:选 C.从 7 名队员中选出 3 人有
15、C 35 种选法377653212从 6 位同学中选出 4 位参加一个座谈会,要求张、王两同学中至多有一个人参加,则不同选法的种数为( )A9 B14 C12 D15解析:选 A.法一(直接法)分两类:第 1 类,张、王两同学都不参加,有 C 1 种选法;4第 2 类,张、王两同学中只有 1 人参加,有 C C 8 种选法 12 34故共有 189 种选法法二(间接法) :共有 C C 9 种不同选法46 243(2017高考浙江卷)从 6 男 2 女共 8 名学生中选出队长 1 人,副队长 1 人,普通队员 2 人组成 4 人服务队,要求服务队中至少有 1 名女生,共有_种不同的选法(用数字
16、作答)解析:分两步,第一步,选出 4 人,由于至少 1 名女生,故有 C C 55 种不同的选法;48 46第二步,从 4 人中选出队长、副队长各 1 人,有 A 12 种不同的选法根据分步乘法计24数原理知共有 5512660 种不同的选法答案:6604现有 10 名学生,其中男生 6 名(1)从中选 2 名代表,必须有女生的不同选法有多少种?(2)从中选出男、女各 2 名的不同选法有多少种?(3)从中选 4 人,若男生中的甲与女生中的乙必须在内,有多少种选法?解:(1)法一(直接法 ):必须有女生可分两类:第一类只有一名女生,共有 C C 24 种;16 14第二类有 2 名女生,共有 C
17、 6 种,根据分类加法计数原理,必须有女生的不同选法有 C24C C 30 种16 14 24法二(间接法) :C C 451530(种) 210 26(2)C C 90(种)26 24(3)C 28( 种)28知识结构 深化拓展1.相同元素分配问题的处理策略(1)隔板法:如果将放有小球的盒子紧挨着成一行放置,便可看作排成一行的小球的空隙中插入了若干隔板,相邻两块隔板形成一个“盒” 每一种插入隔板的方法对应着小球放入盒子的一种方法,此法称之为隔板法隔板法专门解决相同元素的分配问题(2)将 n 个相同的元素分给 m 个不同的对象(nm),有 C 种方法可描述为 n1 个空中插入m 1nm1 块板
18、2解决先选后排问题时,应遵循三大原则(1)先特殊后一般;(2)先组合后排列;(3)先分类后分步.A 基础达标1有 6 名男医生、5 名女医生,从中选出 2 名男医生、1 名女医生组成一个医疗小组,则不同的选法共有( )A60 种 B70 种C75 种 D150 种解析:选 C.根据题意,知从 6 名男医生中选 2 名、从 5 名女医生中选 1 名组成一个医疗小组,不同的选法共有 C C 75( 种)26 152某班级要从 4 名男生、2 名女生中选派 4 人参加某次社区服务,如果要求至少有 1 名女生,那么不同的选派方案种数为( )A14 种 B24 种C28 种 D48 种解析:选 A.法一
19、:分两类完成:第 1 类,选派 1 名女生、3 名男生,有 C C 种选派方案;12 34第 2 类,选派 2 名女生、2 名男生,有 C C 种选派方案2 24故共有 C C C C 14 种不同的选派方案 12 34 2 24法二:6 人中选派 4 人的组合数为 C ,其中都选男生的组合数为 C ,所以至少有 1 名女46 4生的选派方案有 C C 14 种46 43将标号为 1,2,3,4,5,6 的 6 张卡片放入 3 个不同的信封中,若每个信封放 2 张,其中标号为 1,2 的卡片放入同一信封,则不同的放法共有( )A12 种 B18 种C36 种 D54 种解析:选 B.先将 1,
20、2 捆绑后放入信封中 ,有 C 种放法, 再将剩余的 4 张卡片放入另外两13个信封中,有 C C (种)放法,所以共有 C C C 18(种) 放法24 2 13 24 24(2018广东肇庆统测)平面内有 4 个红点,6 个蓝点,其中只有一个红点和两个蓝点共线,其余任意三点不共线,过这十个点中的任意两点所确定的直线中,至少过一个红点的直线的条数是( )A30 B29C28 D27解析:选 B.过一个红点有 C C 123(条) 直线;过两个红点有 C 6( 条)直线,所以共有14 16 2423629 条直线,故选 B.5某学校开设“蓝天工程博览课程” ,组织 6 个年级的学生外出参观包括
21、甲博物馆在内的6 个博物馆,每个年级任选一个博物馆参观,则有且只有两个年级选择甲博物馆的方案有( )AA A 种 BA 54 种26 45 25CC A 种 DC 54 种26 45 26解析:选 D.因为有且只有两个年级选择甲博物馆 ,所以参观甲博物馆的年级有 C 种情况,26其余年级均有 5 种选择,所以共有 54 种情况,根据分步乘法计数原理可得共有 C 54 种26情况故选 D.6从 4 名男生和 3 名女生中选出 4 人担任奥运志愿者,若选出的 4 人中既有男生又有女生,则不同的选法共有_种解析:男生和女生共 7 人,从 7 人中选出 4 人,有 C 种选法若选出的 4 人都是男生,
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