内容正文:
第五章 计数原理
§1 基本计数原理
1.1 分类加法计数原理12分步乘法计数原理
课前预习学案
知识梳理
知识点一 m1+m2++mn
[思考]
1.[提示] 能,每一类中的每一种方法都能独立完成这件事.
2.[提示] 各种方案之间相互独立,并且任何一类方案中任何
一种方法也相互独立.
3.[提示] 不能,每一步中的每一种方法不能独立完成这
件事.
4.[提示] 完成一件事指的是将完成这件事划分成几个步骤,
各步骤之间有一定的连续性,只有当所有步骤都完成了,整
个事件才算完成.
5.[提示] 从计数上看,各步的方法数的积就是完成这一件事
的方法总数.
预习自测
1.(1)√ (2)√ (3)√
2.C [分两类:第1类,从高一年级8个班中选一个班共有8
种安排方法;第2类,从高二年级中选一个班共有6种安排
方法.故共有8+6=14种安排方法.所以选 C.]
3.B [分三类:第一类,乘汽车,从 3 次中选1次有3种走法;
第二类,乘火车,从4次中选 1 次有4种走法;第三类,乘轮
船,从2次中选 1 次有 2 种走法.所以,共有3+4+2=9
(种)不同的走法.]
4.D [这件事可分为两步完成:第一步,在集合 2,3,7{ } 中任
取一个值x 有3种方法;第二步,在集合 -1,-2,4{ } 中任
取一个值y有3种方法.根据分步乘法计数原理知,有3×3
=9个不同的点.]
5.解析:分三类:第一类为一位整数,有3个;第二类为两位整
数,有12,21,13,31,23,32,共6个;第三类为三位整数,有
123,132,321,312,231,213,共6个.∴共写出没有重复数字
的整数3+6+6=15个.
答案:15
课堂互动学案
[例1] [解] (1)分三类:
第一类选法,从 高 三 一 班 中 任 选 一 名,有 50 种 不 同 的
方法;
第二类选法,从 高 三 二 班 中 任 选 一 名,有 60 种 不 同 的
方法;
第三类选法,从 高 三 三 班 中 任 选 一 名,有 55 种 不 同 的
方法.
根据分类加法计数原理,得50+60+55=165(种)
因此共有165种不同的选法.
(2)分三类:
第一类选法,从高三一班男生中任选一名,有30种不同的
方法;
第二类选法,从高三二班男生中任选一名,有30种不同的
方法;
第三类选法,从高三三班女生中任选一名,有20种不同的
方法.
根据分类加法计数原理,得30+30+20=80(种).
故共有80种不同的选法.
[例2] [解] 完成从这三种型号的电视机中各选1台检验
可分三步完成:
第一步:从甲种型号中选1台,有10种不同的方法;
第二步:从乙种型号中选1台,有8种不同的方法;
第三步:从丙种型号中选1台,有12种不同的方法.
根据分步乘法计数原理,得10×8×12=960(种).
因此共有960种不同的方法.
[例3] [解] (1)分为三类:从国画中选,有5种不同的选
法;从油画中选,有2种不同的选法;从水彩画中选,有7种
不同的选 法.根 据 分 类 加 法 计 数 原 理,共 有 5+2+7=14
(种)不同的选法.
(2)分为三步:国画、油画、水彩画各有5种,2种,
7种不同的选法,根据分步乘法计数原理,共有5×2×7=70
(种)不同的选法.
(3)分为三类:第一类是一幅选自国画,一幅选自油画,由分
步乘法计数原理知,有5×2=10(种)不同的选法;
第二类是一幅选自国画,一幅选自水彩画,有5×7=35(种)
不同的选法;
第三类是一幅选自油画,一幅选自水彩画,有2×7=14(种)
不同的选法.
所以共有10+35+14=59(种)不同的选法.
变式训练
1.(1)C [分3类:买1本书,买2本书和买3本书.各类的购
买方式依次有3种、3种和1种,故购买方式共有3+3+1=
7种.]
(2)解析:按照开关断开的个数分类讨论.若断开1个,则有
(1),(4)2种情况;若断开2个,则有(1,4),(2,3),(1,2),
(1,3),(4,2),(4,3)6种情况;若断开3个,则有(1,2,3),
(1,2,4),(2,3,4),(1,3,4)4种情况;若断开4个,则有(1,
2,3,4)1种情况.综上,共有2+6+4+1=13种情况.
答案:13
2.C [若甲、乙都去,剩下的5人每个 人 都 可 以 选 择 去 或 不
去,有25 种去法;
若甲、乙都不去,剩下的5人每个人都可以选择去或不去,有
25 种去法.
故一共有25+25=64种去法.]
3.解:(1)从高一选1人作为总负责人有50种选法;从高二选
1人作为总负责人有42种选法;从高三选1人作为总负责
人有30种选法.由分类加法计数原理,可知共有50+42+
30=122(种)选法.
(2)从高一选1名负责人有50种选法;从高二选1名负责
人有42种选法;从高三选1名负责人有30种选法.由分步
乘法计数原理,可知共有50×42×30=63000(种)选法.
(3)①高一和高二各选1人作为中心发言人,有50×42=
2100(种)选法;②高二和高三各选1人作为中心发言人,有
42×30=1260(种)选法;③高一和高三各选1人作为中心
发言人,有50×30=1500(种)选法.故共有2100+1260+
1500=4860(种)选法.
当堂达标
1.C [根据分类加法计数原理,从甲地去乙地共有3+4=
7种不同的交通方式.]
2.C [若甲先传给乙,则有甲→乙→甲→乙→甲,甲→乙→甲
→丙→甲,甲→乙→丙→乙→甲3种不同的传递方式;同理,
甲先传给丙也有3种不同的传递方式.故共有6种不同的传
递方式.]
3.解析:根据分类加法计数原理知,从中任选1人参加学科竞
赛,不同的选派方法共有4+5=9(种);由分步乘法计数原
理知,从中任选1名女同学 和 1 名 男 同 学 参 加 学 科 竞 赛,
不 同 的 选 派 方 法 共 有4×5=20(种).
答案:9 20
4.解:(1)根据分类加法计数原理,从中任取一个球的取法共有
8+7=15种.
(2)根据分步乘法计数原理,从中任取两个不同颜色的球的
取法共有8×7=56种.
1.3 基本计数原理的简单应用
课前预习学案
知识梳理
[思考]
[提示] 分类加法计数原理每一类中的方案可以完成一件
事情,而分步乘法计数原理每一步中的方法不能独立完成
一件事情.
预习自测
1.(1)× (2) × (3)√
2.C [这名学生会主席可能是一班学生,可能是二班学生,也
可能是三班学生.依分类加法计数原理,共有50+50+52=
152(种)不同选法.]
3.B [完成一种搭配有两个步骤,第一步,选上衣有4种不同
的选法;第二步,选长裤有3种不同的选法.所以根据分步乘
法计数原理共有4×3=12种不同的搭配法.]
4.解析:一个二次函数对应着a,b,c(a≠0)的一组取值,a的取
法有3种,b的取法有3种,c的取法有2种,由分步乘法计
数原理知共有3×3×2=18个二次函数.若二次函数为偶函
数,则b=0,同上可知共有3×2=6个偶函数.
答案:18 6
课堂互动学案
[例1] [解] (1)分步解决.
第一步:选取左边第一个位置上的数字,有6种选取方法;
第二步:选取左边第二个位置上的数字,有5种选取方法;
第三步;选取左边第三个位置上的数字,有4种选取方法;
第四步:选取左边第四个位置上的数字,有3种选取方法.
由分步乘法计数原理知,可组成不同的四位密码共有6×5
×4×3=360(个).
(2)分步解决.
第一步:首位数字有5种选取方法;
第二步:百位数字有5种选取方法;
第三步:十位数字有4种选取方法;
252
数学(BS)选择性必修第一册
§2 数学建模结题交流
2.1 重温“结题”
“结题”是研究小组向老师和同学们报告研
究成果、进行答辩的过程,一般来讲,结题会
是结题的基本形式.
参加结题会要注意以下事项:
(1)报告人(或报告团队)预先整理好显示成果
的数据、软件、模型、文字报告、照片、视频
或实物等,准备好报告提纲、报告用幻灯片
(PPT).报告都是限时的,要突出重点、特
点、亮点和创新点.
(2)报告人(或报告团队)以积极、认真的态度
投入答辩,以平和的心态接受大家的质询
和评价.
(3)参加结题会的每一个人都要仔细聆听报告
人的演讲,欣赏他人的建模成果,审视研究
过程,评判研究结论;捕捉要点,理出质疑
点,深入参加讨论.
结题会上的各方发言要紧紧围绕数学建模
的几个环节展开.
2.2 整理数学建模研究成果
一、撰写数学建模研究报告
论文(也可以是表格式文档)是研究成果的
核心内容,需要研究者(个人或小组)按照数
学建模的各个环节呈现数学建模的过程和
结论.
在论文完成后,制作数学建模报告,形成报
告提纲和PPT.
二、回顾、梳理数学建模经历
历经半年乃至一年的数学建模实践,这段经
历在数学学习中是非常独特的,也许这是你
第一次解决你选择的实际问题,也许这是你
第一次带着研究问题去接触社会,也许这是
你第一次在团队中凸显了你的特长.请把你
的研究体验梳理成提纲或小文章.
优秀数学建模活动案例报告
[实际情景]
我国是茶的故乡,是世界上最早发现茶树、
利用茶叶和栽培茶叶的国家,也是茶文化的
发源地.中国茶道的主要内容讲究五境之
美,即茶叶、茶水、火候、茶具、环境,其中茶
叶可分为绿茶、红茶、乌龙茶、白茶、黄茶和
黑茶.
茶文化的内涵其实就是中国文化的一种具
体表现.中国素有礼仪之邦之称谓,茶文化
的精神内涵即是通过沏茶、赏茶、闻茶、饮
茶、品茶等习惯与中国的文化内涵和礼仪相
结合形成的一种具有鲜明中国文化特征的
一种文化现象,也可以说是一种礼节现象.
[提出问题]
茶已成为全世界最大众化、最受欢迎、最有
益于身心健康的绿色饮料.那你知道如何才
能泡制一杯口感最佳的茶水吗?
[情景分析]
[问题1] 影响茶水口感的因素有哪些?
师生活动:学生思考发言,相关因素可能包含
有茶叶类型、水温、茶具、泡茶用水、冲泡方
法、茶叶用量、冲泡次数等.教师归纳并给出
情景:经验表明,我们探究使用的某种绿茶
用85℃的水泡制,再等到茶水温度降至60
℃时饮用,可以产生最佳口感.
[问题2] 如何处理这些影响因素呢?
师生活动:教师引导学生结合探究的侧重分析
相关因素的重要程度,突出主要因素,弱化
次要因素的影响;学生在教师的引导下,进
一步思考确定主要因素,通过控制变量的方
法弱化次要因素对探究过程的影响.
021
数学(BS)选择性必修第一册
教师总结:在此次探究过程中,我们将水温作
为主要因素,可以在探究开始前,先提出一
些假设,通过控制变量的方法减少他们对结
果的影响:如在实验过程中
1.选择同一种且等量的茶叶冲泡;
2.使用同一个茶具,比如同一个玻璃杯;
3.固定初始泡茶的水温85℃;
4.在同一环境温度25℃下,使用相同纯净水,
并用相同的泡茶方法.
[问题3] 如何刻画茶水降温的过程?
师生活动:学生交流讨论.
教师总结:茶水降温的过程中也伴随着时间的
变化,因此我们可以建立茶水温度随时间变
化的函数模型,将该茶水温度的实测过程转
变为时间估计的问题,使得不用时刻测试水
温,进而根据函数模型,通过简单计算就可
以知道大约需要放置多长时间才能达到最
佳饮用口感.
转化问题
在25℃室温下,用85℃的水泡制的茶大约
需要放置多长时间,温度能够降到60℃达
到最佳饮用口感?
设计意图:创设真实的生活问题,有较强的代
入感,培养学生在现实生活中发现问题并提
出或转化为数学问题的意识,提高学习数学
的兴趣,通过分析让探究的问题变得可测
量,为后续的研究奠定基础.
收集数据
活动1:请同学们小组合作,为获取数据设计
实验流程.
师生活动:学生小组合作,设计实验流程,并在
全班 分 享 交 流,互 相 完 善 最 终 形 成 实 验
流程.
预想:用85 ℃的纯净水泡好一杯茶,每隔1
分钟测量一次茶水温度,并进行记录.
[问题4] 该实验过程需要用到哪些测量
工具?
师生活动:学生总结,需要秒表和温度计.
追问:怎 样 保 证 测 量 数 据 的 准 确 性 以 减 少
误差?
师生活动:引导学生提出在实验过程中,可多
次重复实验,取平均值从而减小误差.
任务1:请同学们课后按照实验流程进行实
验,获取并记录一组数据.
设计意图:让学生参与到数据收集的设计和实
施过程,培养学生严谨的思维.
实验数据
某研究人员得到一组数据,以下探究过程应
用该组数据:
时间/min 0 1 2 3 4 5
温度/℃ 85.0079.1974.7571.1968.196510
建立模型
观察实验数据会发现,随着时间的变化,茶
水的温度也在发生变化,这两个变量可以存
在着某种函数关系,但并没有现成的函数模
型,所以我们可以借助数据的趋势进行分
析.散点图如下:
[问题5] 观察散点图,两个变量有怎样的变
化趋势?
师生活动:学生观察并总结,散点图的分布状
况成递减状态,也就是说茶水的温度随时间
成递减关系.
追问:当时间不断延长,最终茶水能降到什么
温度?
师生活动:学生思考并回答,茶水最终将趋于
室温25.
121
第四章 数学建模活动(三)
[问题6] 请同学们在前期学习的函数中找
到符合趋势的函数模型?
师生活动:学生思考并交流,可能会提出各种
递减函数作为备选模型,教师引导学生关注
茶水降到室温就不能再降的事实,再结合几
类基本初等函数的变化特征,指导学生做出
选择.
教师总结:自变量是少于等于0,函数值大于
等于25,随着自变量的变化函数值呈递减
趋势且逐渐趋于25,结合以上特征我们初
步可以选定y=kax+25(k∈R,0<a<1,x
≥0)来近似刻画茶水温度随时间变化的
规律.
求解模型
[问题7] 如何利用以上实验数据求解函数
模型中的参数k和a.
师生活动:学生思考,教师给予适当引导.
根据实际情况可知,当x=0时,y=85,可得
k=60.
得到函数模型:y=60ax+25(0<a<1,x≥0)
y-25=60ax(0<a<1,x≥0)
为求衰减比例a,从第2min的温度数据开
始,计算每一分钟(y-25)的值与上一分钟
(y-25)值的比值.
x 0 1 2 3 4 5
y-25 6000 5419 4875 4619 4319 4010
比值 0903209181092840935109285
检验模型
[问题8] 请同学们结合这五个函数图象与
实际数据的吻合情况,
思考应该如何选取a的值?
比值为09032
比值为09181
比值为09284
比值为09351
比值为09285
师生活动:学生比较五个函数的吻合程度,与
实际数据更加吻合的是当比值为09181
时,因此可以选择函数y=60×0.9181x+
25作为本题的模型.教师进一步引导学生
计算比值的平均值作为衰减比例,从而得到
函数模型y=60×0.9227x+25.
y=60×0.9227x+25
221
数学(BS)选择性必修第一册
y=60×0.9181x+25
通过比较,采用平均值作为衰减比例与实际
数据更加的吻合,因此选取的函数模型为y
=60×0.9227x+25.
教师总结:这种采用平均值的方法在解决实际
问题中也是很常见的.因为实验所得的数据
并不一定具有很强的规律性,所以我们在实
验过程中应尽量重复大量实验,以保证数据
的代表性,而在函数模型的选择上也是多样
的,所选择的函数模型一般也只能大致反应
茶水温度变化的局部规律,因此,建立模型
后需要对模型进行检验.
求解问题
[问题9] 在25 ℃室温下,刚泡好的茶水大
约需要放置多长时间才能达到最佳饮用
口感?
师生活动:学生完成计算思路,教师给予信
息技术支持求解最后答案.
将y=60代入y=60×0.9227x+25,得60
×0.9227x+25=60
解得x=log0.9227
7
12
由信息技术得x≈6.
6997
教师总结:至此,我们完成整个实际问题的探
究,并得到在25℃室温下,用85℃水泡制
的茶大约需要放置7min,温度能够降到60
℃达到最佳饮用口感.
[问题10] 你体会到研究这个问题具有哪些
实际价值?
师生活动:学生思考并发言.
教师总结:很多实际问题的背后,可能都隐藏
着某种规律,这种规律可以用实验的方法进
行探究,并用数学的方法加以刻画.
设计意图:通过学生对具体问题建模过程的参
与,让学生进一步体会函数模型在现实生活
中的应用;同时了解数学建模的概念,知道
数学 建 模 的 过 程,初 步 培 养 数 学 建 模 的
意识.
活动2:请同学们小组合作,结合以上探究过
程归纳数学建模的步骤.
教师总结:数学建模需要我们用数学的眼光观
察实际情境,从而发现和提出问题,用数学
的方式收集数据,其中包括必要的假设和实
验获取数据,利用数学思维选择函数模型,
用数学知识求解函数模型,最后检验结果,
若符合实际则将数学结果转化为实际问题
的解,若不符合实际则要重新选择模型.这
就是数学建模的过程.
作业布置:请同学们仿照上述过程开展一次
建立模型解决实际问题的活动,可以继续研
究不同室温下泡制一杯最佳口感茶水所需
的时间,也可以从下列选题中选择一个:
1.应在炒菜之前多长时间将冰箱里的肉拿出
来解冻?
2.根据某一同学的身高和体重,判断该同学是
否超重.
3.用微波炉或电磁炉烧一壶开水,找到最省电
的功率设定方法.
4.估计阅读一本书所需要的时间.
也可以根据自己的兴趣,与老师协商后确定
一个课题进行研究.
要求:在班级中组成3~5人的研究小组,每
位同学参加其中一个小组.在小组内,要确
定一个课题负责人,使每位成员都有明确的
分工.拟定研究课题、确定研究方案、规划研
究步骤、编制研究手册,然后在班里进行一
次开题报告.
通过这篇‹数学建模活动案例报告›的学习,
写一写自己对于数学建模和撰写论文的
感悟.
321
第四章 数学建模活动(三)