3.1.2 第2课时排列数的应用(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程数学选择性必修第二册同步学习指导(人教B版2019)

2025-02-27
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教辅
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资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 高中数学人教B版选择性必修第二册
年级 高二
章节 3.1.2 排列与排列数
类型 学案
知识点 -
使用场景 同步教学-新授课
学年 2025-2026
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 ZIP
文件大小 1.01 MB
发布时间 2025-02-27
更新时间 2025-02-27
作者 河北万卷文化有限公司
品牌系列 成才之路·高中新教材同步学习指导
审核时间 2025-02-27
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价格 2.00储值(1储值=1元)
来源 学科网

内容正文:

! " # $ % & ' ( ) * + , - ! " # . # # # # # # # 第2课时  排列数的应用 !"#$%&'( 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. )*+,%-.+ 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”                   . !!( # # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : # 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                                                                               ] !!) ! " # $ % & ' ( ) * + , - ! " # . # # # # # # #     [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                                                                        ; !!* # # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : # 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                          ] !"! 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—

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3.1.2 第2课时排列数的应用(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程数学选择性必修第二册同步学习指导(人教B版2019)
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