内容正文:
第三章 排列、组合与二项式定理
3.1 排列与组合
3.1.3 组合与组合数
第1课时 组合与组合数
课程标准:1.通过实例,理解组合的概念.2.能利用计数原理推导组合数公式.
教学重点:理解组合的概念、组合数公式.
教学难点:利用组合数公式解决一些简单的实际问题.
核心素养:1.通过组合、组合数概念的学习培养数学抽象素养.2.通过组合数公式的学习培养逻辑推理素养和数学运算素养.
(教师独具内容)
核心概念掌握
核心素养形成
随堂水平达标
目录
课后课时精练
核心概念掌握
知识点一 组合的定义
一般地,从n个不同对象中取出m(m≤n)个对象____________,称为从n个不同对象中取出m个对象的一个组合.
[想一想] 排列与组合有什么相同点和不同点?
并成一组
提示:排列与组合的相同点是从n个不同对象中任取m个对象,不同点是组合是“不管对象的顺序并成一组”,而排列是要求对象按照一定的顺序排成一列.
核心概念掌握
5
知识点二 组合数与组合数公式
所有组合
1
核心概念掌握
6
1.(组合的概念)下列问题中,组合问题的个数是( )
①从全班50人中选出5人组成班委会;
②从全班50人中选出5人分别担任班长、副班长、团支部书记、学习委员、生活委员;
③从1,2,3,…,9中任取两个数求积;
④从1,2,3,…,9中任取两个数求差或商.
A.1 B.2
C.3 D.4
核心概念掌握
7
3.(组合数公式的简单应用)从6名学生中选出3名学生参加数学竞赛的不同选法种数是________.
20
核心概念掌握
8
核心素养形成
题型一 组合的概念
例1 给出下列问题:
(1)从a,b,c,d四名学生中选2名学生完成一项工作,有多少种不同的选法?
(2)从a,b,c,d四名学生中选2名学生完成两项不同的工作,有多少种不同的选法?
(3)a,b,c,d四支足球队之间进行单循环比赛,共需比赛多少场?
(4)a,b,c,d四支足球队争夺冠亚军,有多少种不同的结果?
在上述问题中,哪些是组合问题?哪些是排列问题?
核心素养形成
10
解 (1)2名学生完成的是同一项工作,没有顺序,是组合问题.
(2)2名学生完成两项不同的工作,有顺序,是排列问题.
(3)单循环比赛要求每两支球队之间只打一场比赛,没有顺序,是组合问题.
(4)冠亚军是有顺序的,是排列问题.
核心素养形成
11
【感悟提升】 辨析排列问题、组合问题的切入点
(1)组合的特点是只选不排,即组合只是从n个不同的对象中取出m(m≤n)个不同的对象即可.
(2)只要两个组合中的对象完全相同,不管顺序如何,这两个组合就是相同的组合.
(3)判断组合与排列的依据是看是否与顺序有关,与顺序有关的是排列问题,与顺序无关的是组合问题.
核心素养形成
12
【跟踪训练】
1.判断下列问题是排列问题,还是组合问题:
(1)从集合A={-1,-7,10,8,6,4}中任取两个数相加,得到的和共有多少个?
(2)从集合A={-1,-7,10,8,6,4}中任取两个数相除,得到的商共有多少个?
(3)从全班40人中选出3人参加某项活动,有多少种不同的选法?
(4)3人去做5种不同的工作,每人做1种,有多少种不同的安排方法?
核心素养形成
13
解:(1)从集合A中取出两个数后,改变两个数的顺序,其和不变.因此,此问题只与取出的对象有关,与对象的顺序无关,故是组合问题.
(2)从集合A中取出两个数相除,若改变其除数、被除数的位置,其结果就不同,因此其商的值与对象的顺序有关,是排列问题.
(3)3人参加某项活动,没有顺序,是组合问题.
(4)3人去做5种不同的工作,每人做1种,与顺序有关,是排列问题.
核心素养形成
14
题型二 组合数公式
核心素养形成
15
核心素养形成
16
【感悟提升】 使用组合数公式的注意点
核心素养形成
17
核心素养形成
18
核心素养形成
19
题型三 组合数公式的简单应用
例3 (1)书架上有3本不同的数学书,4本不同的物理书,图书管理员从中任取2本,则不同的取法种数为( )
A.7 B.12
C.21 D.42
核心素养形成
20
(2)从甲、乙等6名同学中随机选4名参加社区服务工作,则甲、乙都入选的情况有________种.
6
核心素养形成
21
【感悟提升】 求解简单组合问题的思路
(1)弄清要做的这件事是什么事.
(2)看选取出的对象之间是否与顺序有关,也就是判断是否是组合问题.
(3)利用组合数公式求出结果.
核心素养形成
22
【跟踪训练】
3.一个口袋内装有大小相同的4个白球和1个黑球.
(1)从口袋内取出3个球,有多少种取法?
(2)从口袋内取出3个球,使其中含有1个黑球,有多少种取法?
(3)从口袋内取出3个球,使其中不含黑球,有多少种取法?
核心素养形成
23
随堂水平达标
1.(多选)下列问题是组合问题的是( )
A.10个朋友聚会,每两人握手一次,一共握手多少次?
B.平面上有2026个不同的点,它们中任意三点不共线,连接任意两点可以构成多少条线段?
C.有4张电影票,要在7人中选出4人去观看,有多少种不同的选法?
D.从高三(19)班的54名学生中选出2名学生分别参加校庆晚会的独唱、独舞节目,有多少种选法?
解析:组合问题与顺序无关,排列问题与顺序有关,易知A,B,C均是组合问题;D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”是两种不同的选法,因此是排列问题,不是组合问题.故选ABC.
随堂水平达标
25
随堂水平达标
26
3.把三张游园票分给10个人中的3人,分法有( )
A.720种 B.120种
C.86400种 D.30种
随堂水平达标
27
{6,7,8,9}
随堂水平达标
28
5.某新农村社区共包括8个自然村,且这些村庄分布零散,没有任何三个村庄在一条直线上,现要在该社区内建“村村通”工程,共需建公路的条数为________.
28
随堂水平达标
29
课后课时精练
基础题(占比60%) 中档题(占比30%) 拔高题(占比10%)
题号 1 2 3 4 5 6 7
难度 ★ ★ ★ ★ ★★ ★ ★
对点 组合的
概念 利用排列数、组合数公式计算 与数字有关的组合问题 根据组合数公式计算古典概型问题 根据排列数公式、组合数公式判断等式是否成立 利用排列数、组合数公式计算 根据排列数、组合数公式解方程
题号 8 9 10 11 12 13 14
难度 ★ ★ ★★ ★★★ ★★ ★★ ★★★
对点 与分组有关的组合问题 与数字有关的组合问题 根据组合数、排列数公式计算、解方程 组合数解决集合子集的问题 几何中的组合问题 根据组合数公式求值、解不等式 根据组合数公式证明恒等式
课后课时精练
1
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31
一、选择题
1.下列问题属于组合问题的是( )
A.从3名教师中,选出2名分别去北京、上海学习
B.从10名司机中选出4名,分配到4辆汽车上
C.某同学从4门课程中选修2门
D.从13位同学中任选出两位担任学习委员、体育委员
解析:从3名教师中,选出2名分别去北京、上海学习与顺序有关,属于排列问题;从10名司机中选出4名,分配到4辆汽车上与顺序有关,属于排列问题;某同学从4门课程中选修2门与顺序无关,属于组合问题;从13位同学中任选出两位担任学习委员、体育委员与顺序有关,属于排列问题.故选C.
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3.从2,3,…,8中任意取三个不同的数字组成无重复数字的三位数,要求个位数最大,百位数最小,则这样的三位数的个数为( )
A.35 B.42
C.105 D.210
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8.把8名同学分成两组,一组5人学习电脑,一组3人做生物实验,则不同的安排方法有__________种.
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三、解答题
9.世界数学三大猜想:“费马猜想”“四色猜想”“哥德巴赫猜想”,其中“四色猜想”和“费马猜想”已经分别在1976年和1994年荣升为“四色定理”和“费马大定理”.280多年过去了,“哥德巴赫猜想”仍未解决,目前最好的成果“1+2”由我国数学家陈景润在1966年取得.“哥德巴赫猜想”描述为:任何不小于4的偶数,都可以写成两个质数之和.在不超过20的质数中,随机选取两个不同的数,其和为偶数的选法有多少种?
课后课时精练
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课后课时精练
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41
11.已知集合A={a1,a2,a3,a4}⊆{1,2,3,4,5,6,7,8},若存在ai,aj∈A,使得|ai-aj|=1,则集合A的个数为( )
A.70 B.65
C.60 D.50
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12.已知正方形ABCD的中心为点O,以A,B,C,D,O中三个点为顶点的三角形共有________个.
8
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1
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47
R
组合数定义
从n个不同对象中取出m个对象的__________的个数,称为从n个不同对象中取出m个对象的组合数
表示法
__________
组合数公式
乘积式
Ceq \o\al(m,n)=__________=eq \f(n(n-1)…[n-(m-1)],m×(m-1)×…×2×1)
阶乘式
____________________
规定:Ceq \o\al(0,n)=______.
Ceq \o\al(m,n)
m,n)eq \f(A,Aeq \o\al(m,m))
Ceq \o\al(m,n)=eq \f(n!,(n-m)!m!)
2.(组合数公式)计算2Ceq \o\al(5,7)+Aeq \o\al(2,5)的值是( )
A.62
B.102
C.152
D.540
例2 (1)计算:Ceq \o\al(4,10)-Ceq \o\al(3,7)Aeq \o\al(3,3).
解 原式=Ceq \o\al(4,10)-Aeq \o\al(3,7)=eq \f(10×9×8×7,4×3×2×1)-7×6×5=210-210=0.
(2)已知m,5)eq \f(1,C)
-m,6)eq \f(1,C)
=m,7)eq \f(7,10C)
,求Ceq \o\al(m,8).
解 原方程可化为eq \f(m!(5-m)!,5!)-eq \f(m!(6-m)!,6!)=eq \f(7×(7-m)!m!,10×7!),
即eq \f(m!(5-m)!,5!)-eq \f(m!(6-m)(5-m)!,6×5!)
=eq \f(7×m!(7-m)(6-m)(5-m)!,10×7×6×5!),
即1-eq \f(6-m,6)=eq \f((7-m)(6-m),60),
即m2-23m+42=0,解得m=2或m=21(不符合题意,舍去).
所以Ceq \o\al(m,8)=Ceq \o\al(2,8)=28.
(1)像排列数公式一样,公式Ceq \o\al(m,n)=eq \f(n(n-1)…(n-m+1),m!)一般用于计算;而公式Ceq \o\al(m,n)=eq \f(n!,m!(n-m)!)及Ceq \o\al(m,n)=m,n)eq \f(A,Aeq \o\al(m,m))
一般用于证明、解方程(不等式)等.
(2)在解决与组合数Ceq \o\al(m,n)有关的问题时,要注意隐含条件“m≤n且m∈N,n∈N+”的运用.
(3)要注意公式A mn=Ceq \o\al(m,n)Aeq \o\al(m,m)的逆向运用,如本例(1)中可利用“Ceq \o\al(3,7)Aeq \o\al(3,3)=Aeq \o\al(3,7)”简化计算过程.
【跟踪训练】
2.(1)求值:Ceq \o\al(5-n,n)+Ceq \o\al(9-n,n+1).
解:由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(5-n≤n,,5-n≥0,,9-n≤n+1,,9-n≥0,))解得4≤n≤5.
又n∈N+,所以n=4或n=5.
当n=4时,原式=Ceq \o\al(1,4)+Ceq \o\al(5,5)=5;
当n=5时,原式=Ceq \o\al(0,5)+Ceq \o\al(4,6)=16.
(2)求证:Ceq \o\al(m,n)=eq \f(m+1,n-m)Ceq \o\al(m+1,n).
证明:因为Ceq \o\al(m,n)=eq \f(n!,m!(n-m)!),
eq \f(m+1,n-m)Ceq \o\al(m+1,n)=eq \f(m+1,(m+1)!)·eq \f(n!,(n-m)(n-m-1)!)
=eq \f(n!,m!(n-m)!),
所以Ceq \o\al(m,n)=eq \f(m+1,n-m)Ceq \o\al(m+1,n).
解析 由题意可知,不同的取法种数为Ceq \o\al(2,7)=eq \f(7×6,2×1)=21.故选C.
解析 除了甲、乙之外还有4名同学,从中再选2名同学,所以甲、乙都入选的情况有Ceq \o\al(2,4)=6种.
解:(1)从口袋内的5个球中取出3个球,取法种数是Ceq \o\al(3,5)=10.
(2)从口袋内取出3个球有1个是黑球,于是需要从4个白球中取出2个,取法种数是Ceq \o\al(2,4)=6.
(3)由于所取出的3个球中不含黑球,也就是要从4个白球中取出3个球,取法种数是Ceq \o\al(3,4)=4.
2.计算Ceq \o\al(2,3)+Ceq \o\al(2,4)+Ceq \o\al(2,5)+Ceq \o\al(2,6)=( )
A.34
B.35
C.36
D.37
解析:Ceq \o\al(2,3)+Ceq \o\al(2,4)+Ceq \o\al(2,5)+Ceq \o\al(2,6)=eq \f(3×2,2×1)+eq \f(4×3,2×1)+eq \f(5×4,2×1)+eq \f(6×5,2×1)=3+6+10+15=34.故选A.
解析:三张票没区别,从10人中选3人即可,所以分法有Ceq \o\al(3,10)=eq \f(10×9×8,3×2×1)=120种.故选B.
4.若Ceq \o\al(4,n)>Ceq \o\al(6,n),则n的取值集合是______________.
解析:∵Ceq \o\al(4,n)>Ceq \o\al(6,n),∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(n!,4!(n-4)!)>\f(n!,6!(n-6)!),,n≥6))⇒eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(n2-9n-10<0,,n≥6))⇒eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(-1<n<10,,n≥6.))∵n∈N+,∴n=6,7,8,9,∴n的取值集合为{6,7,8,9}.
解析:由于“村村通”公路的修建是组合问题,故共需建公路的条数为Ceq \o\al(2,8)=eq \f(8×7,2)=28.
2.Aeq \o\al(2,7)-Ceq \o\al(5,7)=( )
A.63
B.10
C.21
D.0
解析:由题意得Aeq \o\al(2,7)-Ceq \o\al(5,7)=7×6-eq \f(7×6×5×4×3,5×4×3×2×1)=21.故选C.
解析:由于取出三个数字后大小次序已确定,只需把最小的数字放在百位,最大的数字放在个位,剩下的数字放在十位,因此满足条件的三位数的个数为Ceq \o\al(3,7)=35.
4.正六边形六个顶点中任取四个点,构成等腰梯形的概率是( )
A.eq \f(1,10)
B.eq \f(1,5)
C.eq \f(1,3)
D.eq \f(2,5)
解析:正六边形六个顶点中任取四个点,不同的方法共有Ceq \o\al(4,6)=15种,在如图所示的正六边形A1A2A3A4A5A6中,显然四边形A1A2A3A4,A1A2A3A6,A1A2A5A6,A1A4A5A6,A2A3A4A5,A3A4A5A6是等腰梯形,共6个,所以正六边形六个顶点中任取四个点,构成等腰梯形的概率是eq \f(6,15)=eq \f(2,5).故选D.
5.(多选)下列四个式子正确的是( )
A.Ceq \o\al(m,n)=m,n)eq \f(A,m!)
B.Aeq \o\al(m,n)=nAeq \o\al(m-1,n-1)
C.Ceq \o\al(m,n)÷Ceq \o\al(m+1,n)=eq \f(n+1,n-m)
D.Ceq \o\al(m+1,n+1)=eq \f(n+1,m+1)Ceq \o\al(m,n)
解析:对于A,显然正确;对于B,Aeq \o\al(m,n)=n(n-1)·(n-2)…(n-m+1),Aeq \o\al(m-1,n-1)=(n-1)(n-2)…(n-m+1),所以Aeq \o\al(m,n)=nAeq \o\al(m-1,n-1),故B正确;对于C,Ceq \o\al(m,n)÷Ceq \o\al(m+1,n)=m,n)eq \f(C,Ceq \o\al(m+1,n))
=m,n)eq \f(A(m+1)!,m!Aeq \o\al(m+1,n))
=eq \f(m+1,n-m),故C错误;对于D,Ceq \o\al(m+1,n+1)=m+1,n+1)eq \f(A,(m+1)!)
=m,n)eq \f((n+1)A,(m+1)m!)
=eq \f(n+1,m+1)Ceq \o\al(m,n),故D正确.故选ABD.
二、填空题
6.Ceq \o\al(13,15)-Aeq \o\al(3,5)=________.
解析:Ceq \o\al(13,15)-Aeq \o\al(3,5)=eq \f(15!,13!(15-13)!)-5×4×3=eq \f(15×14,2×1)-60=105-60=45.
7.若Aeq \o\al(3,m)=6Ceq \o\al(4,m),则m的值为________.
解析:由Aeq \o\al(3,m)=6Ceq \o\al(4,m),得eq \f(m!,(m-3)!)=6·eq \f(m!,4!(m-4)!),即eq \f(1,m-3)=eq \f(1,4),解得m=7.
解析:从8名同学中选5人学习电脑,其余3人做生物实验,则不同的安排方法有Ceq \o\al(5,8)=56种.
解:依题意,不超过20的质数有2,3,5,7,11,13,17,19,
从中随机选取两个不同的数,其和为偶数,即从3,5,7,11,13,17,19中任取两个,
所以不同的选法种数是Ceq \o\al(2,7)=21.
10.(1)计算:3Ceq \o\al(3,8)-2Ceq \o\al(2,5)+Ceq \o\al(8,8);
(2)解方程:3Ceq \o\al(x-7,x-3)=5Aeq \o\al(2,x-4).
解:(1)3Ceq \o\al(3,8)-2Ceq \o\al(2,5)+Ceq \o\al(8,8)=3×eq \f(8×7×6,3×2×1)-2×eq \f(5×4,2×1)+1=149.
(2)原方程可化为3·eq \f((x-3)!,(x-7)!4!)=5·eq \f((x-4)!,(x-6)!),
则eq \f(3(x-3),4!)=eq \f(5,x-6),即(x-3)(x-6)=40,
∴x2-9x-22=0,解得x=11或x=-2.
又eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x-7≥0,,x-4≥2,))且x∈N+,即x≥7,且x∈N+,
∴方程的根为x=11.
解析:因为A={a1,a2,a3,a4}⊆{1,2,3,4,5,6,7,8},所以集合A共有Ceq \o\al(4,8)=eq \f(8×7×6×5,4×3×2×1)=70个,设∀ai,aj∈A,|ai-aj|≠1,则这样的集合有{1,3,5,7},{1,3,5,8},{1,3,6,8},{1,4,6,8},{2,4,6,8},共5个,所以若存在ai,aj∈A,使得|ai-aj|=1,则集合A的个数为70-5=65.故选B.
解析:根据题意,如图,在A,B,C,D,O中,任取三个点,有Ceq \o\al(3,5)=10种取法,其中不能构成三角形的有A,O,C和B,O,D两种取法,则以A,B,C,D,O中三个点为顶点的三角形共有10-2=8个.
13.(1)设x∈N+,求Ceq \o\al(x-1,2x-3)+Ceq \o\al(2x-3,x+1)的值;
(2)解不等式:Ceq \o\al(x-4,20)<Ceq \o\al(x-2,20)<Ceq \o\al(x,20).
解:(1)由题意可得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2x-3≥x-1,,x+1≥2x-3,))
解得2≤x≤4,
∵x∈N+,∴x=2或x=3或x=4,
当x=2时,原式=1+Ceq \o\al(1,3)=4;
当x=3时,原式=Ceq \o\al(2,3)+Ceq \o\al(3,4)=7;
当x=4时,原式=Ceq \o\al(3,5)+Ceq \o\al(5,5)=11.
∴所求式的值为4或7或11.
(2)原不等式可化为eq \f(20!,(x-4)!(24-x)!)<eq \f(20!,(x-2)!(22-x)!)
<eq \f(20!,x!(20-x)!)
由题意可知,4≤x≤20且x∈N+,
∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1((x-2)(x-3)<(24-x)(23-x),,x(x-1)<(22-x)(21-x)))
⇒eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x<13,,x<11))⇒x<11,∴4≤x<11.
又x∈N+,∴x=4,5,6,7,8,9,10.
∴原不等式的解集是{4,5,6,7,8,9,10}.
14.已知m,n,k∈N+,m≥k+n,k≥n.
(1)证明:Ceq \o\al(k,m)Ceq \o\al(n,m-k)=Ceq \o\al(n,m)Ceq \o\al(k,m-n);
(2)证明:Ceq \o\al(k,m)Ceq \o\al(n,k)=Ceq \o\al(n,m)Ceq \o\al(k-n,m-n).
证明:(1)因为Ceq \o\al(k,m)Ceq \o\al(n,m-k)=eq \f(m!,k!(m-k)!)·eq \f((m-k)!,n!(m-k-n)!)
=eq \f(m!,k!n!(m-n-k)!),Ceq \o\al(n,m)Ceq \o\al(k,m-n)=eq \f(m!,n!(m-n)!)·eq \f((m-n)!,k!(m-n-k)!)
=eq \f(m!,k!n!(m-n-k)!),
所以Ceq \o\al(k,m)Ceq \o\al(n,m-k)=Ceq \o\al(n,m)Ceq \o\al(k,m-n).
(2)因为Ceq \o\al(k,m)Ceq \o\al(n,k)=eq \f(m!,k!(m-k)!)·eq \f(k!,n!(k-n)!)
=eq \f(m!,n!(m-k)!(k-n)!),
Ceq \o\al(n,m)Ceq \o\al(k-n,m-n)=eq \f(m!,n!(m-n)!)·eq \f((m-n)!,(k-n)!(m-k)!)
=eq \f(m!,n!(m-k)!(k-n)!),
所以Ceq \o\al(k,m)Ceq \o\al(n,k)=Ceq \o\al(n,m)Ceq \o\al(k-n,m-n).
$