内容正文:
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第2课时 排列数的应用
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课程标准
1.进一步理解排列的概念,掌握一些排列问题的常用解题方法.
2.能应用排列知识解决简单的实际问题.
学法解读
1.通过排列知识解决实际问题,提升逻辑推理的素养.
2.借助排列数公式计算,提升数学运算的素养.
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解排列应用题的基本思想
实际问题 化归(建模→) 排列问题 →
求数学模型的解
求排列数 →得实际问题的解实际问题
求解排列问题的主要方法
直接法把符合条件的排列数直接列式计算
优先法优先安排特殊元素或特殊位置
捆绑法把相邻元素看作一个整体与其他元素一起排列,同时注意捆绑元素的内部排列
插空法
对不相邻问题,先考虑不受限制的元素的
排列,再将不相邻的元素插在前面元素排
列的空档中
定序问题
除法处理
对于定序问题,可先不考虑顺序限制,排列
后,再除以定序元素的全排列
间接法正难则反,
等价转化的方法
/012%345
题型探究
题型一 数字排列问题
1.用1,2,3,4,5,6,7这7个数字组成没有重
复数字的四位数.
(1)如果组成的四位数必须是偶数,那么这
样的四位数有多少个?
(2)如果组成的四位数必须大于6 500,那么
这样的四位数有多少个?
[分析] 这是一道有限制条件的排列问题,
每一问均应优先考虑限制条件,遵循特殊元素或
特殊位置优先安排的原则.
[尝试作答
]
[规律方法] 解数字排列问题常见的解题方法
1.“两优先排法”:特殊元素优先排列,特殊
位置优先填充.如“0”不排“首位”
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2.“分类讨论法”:按照某一标准将排列分成
几类,然后按照分类加法计数原理计算,要注意以
下两点:一是分类标准必须恰当:二是分类过程要
做到不重不漏.
3.“排除法”:全排列数减去不符合条件的排
列数.
4.“位置分析法”:按位置逐步讨论,把要求
数字的每个数位排好.
对点训练? 我们把各位数字之和为7的
四位数称为“北斗数”(如2 014是“北斗数”),则
“北斗数”中千位为3的共有 个.
题型二 对象“相邻”与“不相邻”问题
2. 3名男生,4名女生,这7个人站成一排,在
下列情况下,各有多少种不同的站法.
(1)男、女各站在一起.
(2)男生必须排在一起.
(3)男生不能排在一起.
(4)男生互不相邻,且女生也互不相邻.
[分析] 解决“相邻”问题用“捆绑法”,解决
“不相邻”问题用“插空法”.
[尝试作答
]
[规律方法] 处理对象“相邻”“不相邻”问
题应遵循“先整体,后局部”的原则.对象相邻问
题,一般用“捆绑法”,先把相邻的若干个对象“捆
绑”为一个大对象与其余对象全排列,然后再松
绑,将这若干个对象内部全排列.对象不相邻问
题,一般用“插空法”,先将不相邻对象以外的“普
通”对象全排列,然后在“普通”对象之间及两端
插入不相邻对象.
对点训练? (1)6名同学排成一排,其中
甲、乙两人必须在一起的不同排法共有( )
A. 720 B. 360 C. 240 D. 120
(2)要排一张有6个歌唱节目和4个舞蹈节
目的演出节目单,任何两个舞蹈节目不得相邻,问
有多少种不同的排法?
题型三 定位定元问题
3. 3名男生,4名女生,按照不同的要求排队,
求不同的排列方案的方法种数.
(1)全体站成一排,其中甲只能在中间或
两端;
(2)全体站成一排,其中甲、乙必须在两端;
(3)全体站成一排,其中甲不在最左端,乙不
在最右端.
[分析] (1)甲是特殊元素,其余学生站法
不受限制,故可先将甲排好,再排其他人.
(2)同(1)的分析,甲、乙是特殊元素可先在
两端排好甲、乙,有A22种排法,再排其他人.
(3)直接排时,可按甲的站位分类:甲在最右
端和甲不在两端;也可按乙的站位分类.
用间接法求时,7人全排列后减去甲在左端
的和乙在右端的(两种情形一样多),再加上甲在
左端且乙在右端的情形(两次都减去了).
[尝试作答
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[规律方法] 有限制条件的排列问题常用
的方法有“直接法”和“间接法”.
1.至多、至少间接法
当问题的正面分类较多或计算较复杂,而问
题的反面分类较少或计算更简便时往往使用“间
接法”.含“至多”“至少”类词语的排列问题,是需
要分类问题,常用间接法(即排除法)解答.这时
可以先不考虑特殊元素(位置),而列出所有元素
的全排列数,从中再减去不满足特殊元素(位置)
要求的排列数,即排除法.
2.定元、定位优先排.在有限制条件的排列问
题中,有时限定某元素必须排在某位置,某元素不
能排在某位置;有时限定某位置只能排(或不能排)
某元素.这种特殊元素(位置)解题时要优先考虑.
①元素分析法——即以元素为主,优先考虑
特殊元素,再考虑其他元素,先特殊后一般.
②位置分析法——即以位置为主,优先考虑
特殊位置,再考虑其他位置,先分类后分步.
对点训练? 从包括甲、乙两名同学在内的
7名同学中选出5名同学排成一排,求解下列问题.
(1)甲不在首位的排法有多少种?
(2)甲既不在首位,又不在末位的排法有多
少种?
(3)甲与乙既不在首位又不在末位的排法有
多少种?
(4)甲不在首位,同时乙不在末位的排法有
多少种?
题型四 排列中的定序问题
4.(1)用1,2,3,4,5,6,7组成没有重复数字
的七位数,若1,3,5,7的顺序一定,则符合条件的
七位数有210 个.
(2)将A,B,C,D,E这5个字母排成一列,要求
A,B,C在排列中的顺序为“A,B,C”或“C,B,A”(可
以不相邻),这样的排列有40 个(用数字作答).
[分析] 定序问题常用“除法”和“插空法”.
[规律方法] 解决定序问题的两种方法
在有些排列问题中,某些对象的前后顺序是
确定的(不一定相邻).解决这类问题的基本方法
有两种:
(1)整体法,即若有(m + n)个对象排成一列,
其中m个对象之间的先后顺序确定不变,先将这
(m + n)个对象排成一列,有Am + nm + n种不同的排法;
然后任取一个排列,固定其他n个对象的位置不
动,把这m个对象交换顺序,有Amm 种排法,其中
只有一个排列是我们需要的,因此共有A
m + n
m + n
Amm
种满
足条件的不同排法.
(2)插空法,即m个对象之间的先后顺序确
定不变,因此先排这m个对象,只有一种排法,然
后把剩下的n个对象分类或分步插入由以上m个
对象形成的空中.
对点训练? 《中国诗词大会》(第三季)
亮点颇多,在“人生自有诗意”的主题下,十场比
赛每场都有一首特别设计的开场诗词在声光舞美
的配合下,百人齐声朗诵,别有韵味.若《沁园春·长
沙》《蜀道难》《敕勒歌》《游子吟》《关山月》《清平
乐·六盘山》排在后六场,且《蜀道难》排在《游子
吟》的前面,《沁园春·长沙》与《清平乐·六盘
山》不相邻且均不排在最后,则后六场的排法有
144 种.(用数字作答).
易错警示
重复计数与遗漏计数致误
5. 6个人站成前、中、后三排,每排2人,则不
同的排法有720 种.
[错解一] 分步完成,第一步,安排第一排
的2人,有A26种排法;
第二步,安排中同一排的2人,有A24种排法
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第三步,余下的2人排在最后一排.
由分步乘法计数原理可知,不同排法共有
A26·A24 = 360(种).
[错解二] 分步完成,第一步,安排第一排
的2人,有A26种排法;
第二步,安排中间一排的2人,有A24种排法;
第三步,安排余下的2人,有A22种排法.
因为排在第一排、中间一排和最后一排不同,
所以三排再排列,有A33种排法.
由分步乘法计数原理可知,不同排法有A26·
A24·A22·A33 =4 320(种).
错解一中错在第三步,余下的2人还要去排
最后一排的2个不同位置.错解二中错在前三步
已经分清了三排,不需要再排列了.
[辨析] 排列问题的重点是弄清“按怎样的
顺序排列”,结合问题情境找出排序的依据,在求
出答案后要还原实际情境,看是否把每一种情况
都考虑进去了,切忌重复或遗漏.
[正解]
6789%:;<
1.从6个人中选4人分别到巴黎、伦敦、悉尼、莫
斯科四个城市游览,要求每个城市有一人游览,
每人只游览一个城市,且这6人中甲、乙两人不
去巴黎游览,则不同的选择方案共有 (B )
A. 300种 B. 240种
C. 144种 D. 96种
2.六个人从左至右排成一行,最左端只能排甲或
乙,最右端不能排甲,则不同的排法共有(B )
A. 192种 B. 216种
C. 240种 D. 288种
3.甲、乙、丙3位志愿者安排在周一至周五的5天
中参加某项志愿者活动,要求每人参加一天且
每天至多安排一人,并要求甲安排在另外两位
前面.不同的安排方法共有 (A )
A. 20种 B. 30种
C. 40种 D. 60种
4.由数字0,1,2,3,4,5可以组成能被5整除,且
无重复数字的不同的五位数有 (A )
A.(2A45 - A34)个 B.(2A45 - A35)个
C. 2A45个 D. 5A45个
5.(2024·全国甲卷文科)甲、乙、丙、丁四人排成
一列,则丙不在排头,且甲或乙在排尾的概率是
( )
A. 14 B.
1
3 C.
1
2 D.
2
3
请同学们认真完成练案[3
]
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第2课时 排列数的应用
关键能力·攻重难
例1:(1)第一步排个位上的数,因为组成的四位数必须是
偶数,个位数字只能是2,4,6之一,所以有A13 种排法;第二步排
千、百、十这三个数位上的数字,有A36 种排法.根据分步乘法计
数原理,符合条件的四位数的个数是A13A36 = 3 × 6 × 5 × 4 = 360.
故这样的四位数有360个.
(2)因为组成的四位数要大于6 500,所以千位上的数字只
能取7或6.排法可以分两类.第一类:千位上排7,有A36 种不同
的排法;第二类:若千位上排6,则百位上可排7或5,十位和个
位可以从余下的数字中取2个来排,共有A12A25 种不同的排法.
根据分类加法计数原理,符合条件的四位数的个数是A36 + A12A25
= 160.
故这样的四位数有160个.
对点训练1:15 由已知得千位为3的“北斗数”的后三位
之和为4,有以下四种可能:0,0,4;0,1,3;0,2,2;1,1,2;各种组
合对应的排列个数分别为3,6,3,3,合计15个.
例2:(1)(相邻问题捆绑法)男生必须站在一起,即把3名
男生进行全排列,有A33种排法,女生必须站在一起,即把4名女
生进行全排列,有A44种排法,全体男生、女生各看作一个对象全排
列有A22种排法,由分步乘法计数原理知共有A33A44A22 =288种排法.
(2)(捆绑法)把所有男生看作一个对象,与4名女生组成5
个对象全排列,故有A33A55 = 720种不同的排法.
(3)(不相邻问题插空法)先排女生有A44 种排法,把3名男
生安排在4名女生隔成的5个空中,有A35 种排法,故有A44A35 =
1 440种不同的排法.
(4)先排男生有A33 种排法.让女生插空,有A33A44 = 144种
不同的排法.
对点训练2:(1)C 因甲、乙两人要排在一起,故将甲、乙两
人捆在一起视作一人,与其余四人全排列共有A55 种排法,但甲、
乙两人之间有A22种排法,由分步乘法计数原理可知:
共有A55·A22 = 240种不同的排法,选C.
(2)先将6个歌唱节目排好,其不同的排法为A66种,这6个
歌唱节目的空隙及两端共七个位置中再排4个舞蹈节目有A47
种排法,由分步乘法计数原理可知,任何两个舞蹈节目不得相邻
的排法为A47·A66 = 604 800(种).
例3:(1)(特殊元素优先法)先考虑甲有A13种方案,再考虑
其余六人全排,故N = A13A66 = 2 160(种).
(2)(特殊元素优先法)先安排甲、乙有A22 种方案,再安排
其余5人全排,故N = A22·A55 = 240(种).
(3)解法一(特殊元素优先法):按甲是否在最右端分两类:
第一类:甲在最右端时有N1 = A66(种),
第二类:甲不在最右端时,甲有A15 个位置可选,而乙也有
A15个位置,而其余全排A55,
有N2 = A15A15A55(种),
故N = N1 + N2 = A66 + A15A15A55 = 3 720(种).
解法二(间接法):
无限制条件的排列数共有A77,而甲在左端或乙在右端的排
法都有A66,且甲在左端且乙在右端的排法有A55,
故N = A77 - 2A66 + A55 = 3 720(种).
解法三(特殊位置优先法):按最左端优先安排分步.
对于左端除甲外有A16种排法,余下六个位置全排有A66,但
减去乙在最右端的排法A15A55种,
故N = A16A66 - A15A55 = 3 720(种).
对点训练3:(1)解法一(把元素作为研究对象):第一类:不
含甲,此时只需从甲以外的其他6个元素中取出5个放在5个
位置上,有A56种排法.
第二类:含有甲,甲不在首位,先从4个位置中选出1个放甲,
再从甲以外的6个元素中选4个排在没有甲的位置上,有A46种排
法.根据分步乘法计数原理,含有甲时共有4 ×A46种排法.
由分类加法计数原理,共有A56 + 4 × A46 = 2 160(种)排法.
解法二(把位置作为研究对象):第一步:从甲以外的6个元
素中选1个排在首位,有A16种排法;
第二步:从占据首位以外的6个元素中选4个排在除首位
以外的其他4个位置上,有A46种排法.
由分步乘法计数原理,可得共有A16·A46 = 21 60(种)排法.
解法三(间接法):即先不考虑限制条件,从7人中选出5人进
行排列,然后把不满足条件的排列去掉.
不考虑甲在首位的要求,总的可能情况有A57 种,甲在首位
的情况有A46种,所以符合要求的排法有A57 - A46 = 2 160(种).
(2)(把位置作为研究对象,先满足特殊位置)第一步:从甲
以外的6个元素中选2个排在首末两个位置上,有A26 种方法;
第二步:从未排上的5个元素中选3个排在中间3个位置上,有
A35种排法;
根据分步乘法计数原理,有A26·A35 = 1 800(种)排法.
(3)(把位置作为研究对象)第一步:从甲、乙以外的5个元素
中选2个排在首末两个位置,有A25种排法;
第二步:从未排上的5个元素中选出3个排在中间3个位
置上,有A35种排法.
根据分步乘法计数原理,共有A25·A35 = 1 200(种)排法.
(4)(间接法)总的可能情况有A57 种,减去甲在首位的A46
种,再减去乙在末位的A46种.注意到甲在首位同时乙在末位的情况
被减去了两次,所以还需补回一次A35种,所以共有A57 -2A46 + A35 =
1 860(种)排法.
例4:(1)210 1,3,5,7的排列顺序有A44 = 24(种),故1,3,
5,7的顺序一定的排法数只占总排法数的124 .
故符合条件的七位数有124A
7
7 = 210(个).
(2)40 方法一(整体法):5个字母无限制条件的排列有
A55种,由于字母A,B,C的排列顺序有A33 种,因此,满足条件的
排列有A
5
5
A33
× 2 = 40(个).
方法二(插空法):若字母A,B,C的排列顺序为“A,B,C”,
将字号D,E插入这时形成的4个空中,分两类:
第一类,若字母D,E相邻,则有A14A22种排法;
第二类,若字母D,E不相邻,则有A24种排法.
所以不同的排到方法有A14A22 + A24 = 20(种).
同理,若字母A,B,C的排列顺序为“C,B,A”,也有20种不
同的排列方法.
因此,满足条件的排列有20 + 20 = 40(个).
对点训练4:144 先排除《沁园春·长沙》与《清平乐·六
盘山》之外的四首,有A44 种方法,其中《蜀道难》排在《游子吟》
前面有A
4
4
2种方法,而《沁园春·长沙》与《清平乐·六盘山》不相
邻且均不排在最后,有A24种方法,所以后六场的排法有A
4
4
2 × A
2
4
= 144(种).
例5:720 6个人站在前、中、后三排,每排2人,分3步完
成,不同的排法有A26·A24·A22 = 720种.
课堂检测·固双基
1. B 先从除甲、乙外的4人中选取1人去巴黎,再从其余5
人
—127—
中选3人去伦敦、悉尼、莫斯科,共有不同选择方案A14·A35 =
240种.
2. B 分两类:最左端排甲有A55 = 120种不同的排法,最左端排
乙,由于甲不能排在最右端,所以有A14A44 = 96种不同的排法,
由分类加法原理可得满足条件的排法共有120 + 96 = 216种.
3. A 分三类:甲在周一,共有A24种排法;
甲在周二,共有A23种排法;
甲在周三,共有A22种排法;
∴ A24 + A
2
3 + A
2
2 = 20.
4. A 能被5整除,则个位须为5或0,有2A45 个,但其中个位是
5的含有0在首位的排法有A34个,故共有(2A45 - A34)个.
5. B 解法一:画出树状图,如图,
由树状图可得,甲、乙、丙、丁四人排成一列,共有24种排法,
其中丙不在排头,且甲或乙在排尾的排法共有8种,
故所求概率P = 824 =
1
3 .
解法二:当甲排在排尾,乙排第一位,丙有2种排法,丁就1
种,共2种;
当甲排在排尾,乙排第二位或第三位,丙有1种排法,丁就1
种,共2种;
于是甲排在排尾共4种方法,同理乙排在排尾共4种方法,于
是共8种排法符合题意;
基本事件总数显然是A44 = 24,
根据古典概型的计算公式,丙不在排头,甲或乙在排尾的概率
为824 =
1
3 .故选B.
3. 1. 3 组合与组合数
第1课时 组合与组合数
必备知识·探新知
思考1:(1)取出的对象是不同的.
(2)“只取不排”,即取出的m个对象与顺序无关,无序性是
组合的特征性质.
知识点2 不同组合 Cmn n(n -1)(n -2)·…·(n -m +1)m!
n!m!(n -m)! C
n -m
n C
m
n +C
m -1
n
思考2:第一个性质中,若m > n2 ,通常不直接计算C
m
n,而改
为计算Cn - mn ,这样可以减少计算量;第二个性质是根据需要将
一个组合数拆解成两个组合数或者把两个组合数合成一个组合
数,在解题中要注意灵活运用.
关键能力·攻重难
例1:D 组合问题与顺序无关,排列问题与顺序有关,D选
项中,选出的2名学生,如甲、乙,其中“甲参加独唱,乙参加独
舞”与“乙参加独唱,甲参加独舞”是两个不同的选法,因此是排
列问题,不是组合问题,选D.
对点训练1:解法一:可按AB→AC→AD→BC→BD→CD的
顺序写出,即
∴所有组合为ABC,ABD,ABE,ACD,ACE,ADE,BCD,BCE,
BDE,CDE.
解法二:画出树形图,如图所示.
∴所有组合为ABC,ABD,ABE,ACD,ACE,ADE,BCD,BCE,
BDE,CDE.
例2:(1)D 分式的分母是100!,分子是101个连续自然数
的乘积,最大的为n + 100,最小的为n,
故n(n + 1)(n + 2)…(n + 100)100!
= 101·n(n + 1)(n + 2)…(n + 100)101!
= 101C101n + 100 .
(2)解:由组合数定义知:
0≤5 - n≤n,
0≤9 - n≤n + 1{ ,
所以4≤n≤5,又因为n∈N,
所以n = 4或5.
当n = 4时,C5 - nn + C9 - nn + 1 = C14 + C55 = 5;
当n = 5时,C5 - nn + C9 - nn + 1 = C05 + C46 = 16.
对点训练2:(1)原式= C38 + C2100 × 1 = 8 × 7 × 63 × 2 × 1 +
100 × 99
2 × 1 =
56 + 4 950 = 5 006.
(2)原方程可化为
m!(5 - m)!
5! -
m!(6 - m)!
6! =
7 ×(7 - m)!m!
10 × 7!
即m!(5 - m)!5! -
m!(6 - m)(5 - m)!
6 × 5!
= 7 × m!(7 - m)(6 - m)(5 - m)!10 × 7 × 6 × 5! .
∴ 1 - 6 - m6 =
(7 - m)(6 - m)
60 ,
即m2 - 23m + 42 = 0,解得m = 2或21.
而0≤m≤5,m = 2.
∴ Cm8 = C
2
8 = 28.
例3:(1)C C34 + C35 + C36 +…+ C32 020
= C44 + C
3
4 + C
3
5 + C
3
6 +…+ C32 020 - C44
= C45 + C
3
5 +…+ C32 020 - 1 =…
= C42 020 + C
3
2 020 - 1 = C
4
2 021 - 1.
(2)2或4 由C2x - 18 = Cx + 38 得2x - 1 = x + 3或2x - 1 + x +
3 = 8,解得x = 4或x = 2.
(3)由组合数的性质Cmn + 1 = Cmn + Cm - 1n 可知,
右边=(Cnm + Cn - 1m )+(Cn - 1m + Cn - 2m )
= Cnm + 1 + C
n - 1
m + 1 = C
n
m + 2 =左边,
右边=左边,所以原式成立
.
—128—