内容正文:
第三章 排列、组合与二项式定理
3.1 排列与组合
3.1.2 排列与排列数
第2课时 排列数的应用
知识对点练
40分钟综合练
目录
知识对点练
知识点一 无限制条件的排列问题
1.从标号分别为1,2,3,4的四个不同圆形图标与标号分别为6,7,8的三个不同方形图标中任取5个图标排成一排,则不同的排法共有( )
A.504种 B.1260种
C.2160种 D.2520种
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知识对点练
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知识点二 对象的“在”与“不在”问题
2.某中学环保社团计划利用社团前空地栽种五棵高低不一样的树木,其中最高和最矮的两棵树木种在两头的方法有( )
A.6种 B.12种
C.24种 D.48种
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知识对点练
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3.要排出某班一天中语文、数学、政治、英语、艺术5门课各一节的课程表,英语课不排在第5节,则不同的排法种数为____(用数字作答).
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知识对点练
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4.某台小型晚会由6个节目组成,演出顺序有如下要求:节目甲必须排在前两位,节目乙不能排在第一位,节目丙必须排在最后一位.该台晚会节目演出顺序的编排方案共有______种.
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知识对点练
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知识点三 捆绑与插空问题
5.6名同学排成一排,其中甲、乙必须排在一起的不同排法共有( )
A.720种 B.360种
C.240种 D.120种
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6.国庆期间,中华世纪坛举办“传奇之旅:马可·波罗与丝绸之路上的世界”展览,现有8名同学站成一排进行游览参观,若将甲、乙、丙3名同学新加入排列,且甲、乙、丙互不相邻,保持原来8名同学顺序不变,则不同的方法种数为( )
A.84 B.120
C.504 D.720
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7.某次演出已排好5个节目,后增加甲、乙、丙3个节目,要求不改变原来节目的顺序,且增加的节目不能排在第一个和最后一个,则演出顺序不同的排法有______种.
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知识点四 定序问题
8.用1,2,3,4,5组成没有重复数字的五位数,若1,3,5的顺序一定,则符合条件的五位数有____个.
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9.某5位同学排成一排准备照相时,又来了2位同学要加入,如果保持原来5位同学的相对顺序不变,则不同的加入方法种数为____.
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知识点五 数字问题
10.用0,1,2,3,4,5这六个数字,能组成多少个符合下列条件的数字?(运算结果以数字作答)
(1)无重复数字的四位偶数;
(2)无重复数字且为5的倍数的四位数;
(3)无重复数字且比1230大的四位数.
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40分钟综合练
一、单项选择题
1.3位老师和3名学生站成一排,要求任何学生都不相邻,则不同的排法种数为( )
A.144 B.72
C.36 D.12
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2.现有A,B,C,D,E五位运动员站成一排拍照留念,要求A,B相邻且B在A的右边,则不同的排法种数为( )
A.120 B.48
C.24 D.20
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4.某高校从5名男大学生志愿者和4名女大学生志愿者中选出3名派到3所学校支教(每所学校一名志愿者),要求这3名志愿者中男、女大学生都有,则不同的选派方案共有( )
A.210种 B.420种
C.630种 D.840种
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5.在《哪吒之魔童闹海》中,哪吒成仙三关检测中第一关收服土拨鼠,土拨鼠小队眼神清澈,手拿破碗,穿着破烂,吃着南瓜粥,过着自给自足,与世无争的生活.若在某天清晨,土拨鼠小队长A带领另外5只土拨鼠排队出门巡逻,小队长A只能在排头或排尾;甲土拨鼠是新手,不能离队长超过1只土拨鼠的距离;乙、丙土拨鼠太吵闹不能相邻,则这支土拨鼠小队总共有________种排队巡逻方式.( )
A.72 B.48
C.64 D.56
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7.某大熊猫繁育基地对该基地大熊猫幼崽进行体检,体检后将体重各不相同的A,B,C,D,E,F 6只小熊猫排成一排晒太阳,则下列说法正确的是( )
A.若将A,C,D 3只小熊猫从左到右按照体重递增的顺序排列,则共有120种排法
B.若E与F 2只小熊猫不相邻,则共有480种排法
C.若A,B,C 3只小熊猫排在一起,且A只能在B与C的中间,则共有72种排法
D.若小熊猫D不在排头,F不在排尾,则共有480种排法
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三、填空题
8.由1,2,3,4,5组成没有重复数字且1,2都不与5相邻的五位数的个数是_____.
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9.甲、乙、丙等八个人围成一圈,要求甲、乙、丙三人两两不相邻,则不同的排法种数是_____.
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10.从6名短跑运动员中选出4人参加4×100 m接力赛,则共有______种参赛方案;若甲不能跑第一棒和第四棒,则共有_____种参赛方案.
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12.有3名男生,4名女生,求分别满足下列条件的不同的排列方法种数.
(1)全体排成前后两排,前排3人,后排4人;
(2)全体排成一行,其中甲只能在中间或者两端位置;
(3)全体排成一行,其中甲不在最左端,乙不在最右端;
(4)全体排成一行,其中男生必须排在一起;
(5)全体排成一行,男、女各不相邻;
(6)全体排成一行,其中甲、乙、丙三人从左至右的顺序不变.
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13.自然对数的底数e,也称为欧拉数,它是数学中重要的常数之一,和π一样是无限不循环小数,e的近似值约为2.7182818….若用欧拉数的前6位数字2,7,1,8,2,8设置一个六位数的密码,则不同的密码共有______个.
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14.用0,1,2,3,4这五个数字:
(1)可以组成多少个五位数?
(2)可以组成多少个无重复数字的五位数?
(3)可以组成多少个无重复数字且是3的倍数的三位数?
(4)可以组成多少个无重复数字的五位奇数?
(5)在没有重复数字的五位数中,比42130小的数有几个?按从小到大排列,则第61个数是多少?
(6)可以组成多少个无重复数字且奇数在奇数位上的五位数?
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R
解析:由题意知,不同的排法共有Aeq \o\al(5,7)=7×6×5×4×3=2520种.故选D.
解析:先安排最高和最矮的树木的位置,有Aeq \o\al(2,2)=2种方法,再安排剩下三棵树木的位置,有Aeq \o\al(3,3)=6种方法,所以共有2×6=12种方法.故选B.
解析:由题意,先把英语安排在前4节课,有4种方法;再把余下的4门课安排到其他4节课,有Aeq \o\al(4,4)=24种方法,所以共有4×24=96种不同的排法.
解析:因为丙必须排在最后一位,所以只需考虑其余五个节目在前五位上的排法.当甲排在第一位时,有Aeq \o\al(4,4)=24种排法;当甲排在第二位时,有Aeq \o\al(1,3)Aeq \o\al(3,3)=18种排法,所以共有24+18=42种编排方案.
解析:将甲、乙两人视为一人,则有Aeq \o\al(5,5)种排法,再将甲、乙两人排序,则共有Aeq \o\al(2,2)Aeq \o\al(5,5)=240种排法.
解析:8名同学站成一排有9个空,甲、乙、丙在这9个空中任意排列,则不同的方法种数为Aeq \o\al(3,9)=9×8×7=504.故选C.
解析:根据题意,用逐个插空法,则不插入两端的不同的排法有4×5×6=120种.
解析:1,3,5的排列顺序有Aeq \o\al(3,3)=6种,故1,3,5的顺序一定的排法数占总排法数的eq \f(1,6).故符合条件的五位数有eq \f(1,6)Aeq \o\al(5,5)=20个.
解析:解法一:7位同学排成一排共有Aeq \o\al(7,7)种排法,如果保持原来5位同学的相对顺序不变,则有7,7)eq \f(A,Aeq \o\al(5,5))
=42种不同的加入方法.
解法二:依题意知,只需将要加入的2位同学插入到由5位同学形成的6个空中(插1个或2个),可得有Aeq \o\al(1,6)Aeq \o\al(2,2)+Aeq \o\al(2,6)=42种不同的加入方法.
解:(1)可分为两类:
第一类,0在个位时,有Aeq \o\al(3,5)个;第二类,2(或4)在个位时,首位从1,3,4(或2),5中选,有Aeq \o\al(1,4)种情况,十位和百位从余下的数字中选,有Aeq \o\al(2,4)种情况,于是有2Aeq \o\al(1,4)Aeq \o\al(2,4)个.
由分类加法计数原理知,满足条件的四位偶数共有Aeq \o\al(3,5)+2Aeq \o\al(1,4)Aeq \o\al(2,4)=156个.
(2)可分为两类:
第一类,0在个位时,有Aeq \o\al(3,5)个;第二类,5在个位时,有Aeq \o\al(1,4)Aeq \o\al(2,4)个.
由分类加法计数原理知,满足条件的四位数共有Aeq \o\al(3,5)+Aeq \o\al(1,4)Aeq \o\al(2,4)=108个.
(3)符合要求的比1230大的四位数可分为四类:
第一类,形如2□□□,3□□□,4□□□,5□□□,共有Aeq \o\al(1,4)Aeq \o\al(3,5)个;
第二类,形如13□□,14□□,15□□,共有Aeq \o\al(1,3)Aeq \o\al(2,4)个;
第三类,形如124□,125□,共有Aeq \o\al(1,2)Aeq \o\al(1,3)个;
第四类,形如123□,共有Aeq \o\al(1,2)个.
由分类加法计数原理知,满足条件的四位数共有Aeq \o\al(1,4)Aeq \o\al(3,5)+Aeq \o\al(1,3)Aeq \o\al(2,4)+Aeq \o\al(1,2)Aeq \o\al(1,3)+Aeq \o\al(1,2)=284个.
解析:先将老师排好,有Aeq \o\al(3,3)种排法,形成4个空,将3名学生插入4个空中,有Aeq \o\al(3,4)种排法,故共有Aeq \o\al(3,3)Aeq \o\al(3,4)=144种不同的排法.故选A.
解析:因为A,B相邻且B在A的右边,所以将A,B捆绑看作一个对象,且A,B位置不可换,故不同的排法种数为Aeq \o\al(4,4)=4×3×2×1=24.故选C.
3.有10幅画展出,其中1幅水彩画,4幅油画,5幅国画排成一排,要求同一品种的画必须连在一起,并且水彩画不放在两端,则不同的排列方法有( )
A.Aeq \o\al(10,10)种
B.Aeq \o\al(4,4)Aeq \o\al(5,5)种
C.Aeq \o\al(4,4)Aeq \o\al(5,5)Aeq \o\al(2,2)种
D.Aeq \o\al(4,4)Aeq \o\al(5,5)Aeq \o\al(3,3)种
解析:把品种相同的画看成整体,水彩画不能放在两端,故只能放在中间,所以油画与国画放两端,有Aeq \o\al(2,2)种放法,再考虑油画与国画内部本身又可以全排列,故不同的排列方法有Aeq \o\al(2,2)Aeq \o\al(4,4)Aeq \o\al(5,5)种.
解析:从这9名大学生志愿者中任选3名派到3所学校支教,则有Aeq \o\al(3,9)种选派方案,3名志愿者全是男生或全是女生的选派方案有Aeq \o\al(3,5)+Aeq \o\al(3,4)种,故不同的选派方案共有Aeq \o\al(3,9)-(Aeq \o\al(3,5)+Aeq \o\al(3,4))=420种.
解析:小队长A只能在排头或排尾,分两种情况讨论:①小队长A在排头,甲土拨鼠是新手,不能离队长超过1只土拨鼠的距离,甲土拨鼠只能在第二位或第三位,若甲土拨鼠在第二位,先排其余2只土拨鼠,乙、丙插空排列即可,此时有Aeq \o\al(2,2)Aeq \o\al(2,3)=12种;若甲土拨鼠在第三位,乙、丙之一在第二位,其余土拨鼠全排列,或乙、丙在第四位和第六位,此时有Aeq \o\al(1,2)Aeq \o\al(3,3)+Aeq \o\al(2,2)Aeq \o\al(2,2)=16种,共12+16=28种.②小队长A在排尾,同理可得,共12+16=28种.综上所述,这支土拨鼠小队总共有56种排队巡逻方式.故选D.
二、多项选择题
6.由0,1,2,3,4,5,6,7,8,9这十个数字组成无重复数字的五位数,且1不能在个位,则关于这样的五位数的个数,下列表示正确的是( )
A.(Aeq \o\al(1,9))2Aeq \o\al(3,8)
B.Aeq \o\al(4,9)+(Aeq \o\al(1,8))2Aeq \o\al(3,8)
C.Aeq \o\al(5,10)-2Aeq \o\al(4,9)+Aeq \o\al(3,8)
D.Aeq \o\al(4,9)+Aeq \o\al(1,3)Aeq \o\al(1,8)Aeq \o\al(3,8)+Aeq \o\al(1,8)Aeq \o\al(4,8)
解析:解法一:从这十个数字中任意选五个无重复的数字全排列,共有Aeq \o\al(5,10)种排法,减去1在个位和0在第一位的2Aeq \o\al(4,9)种排法,加上0在第一位且1在个位的Aeq \o\al(3,8)种排法,共有Aeq \o\al(5,10)-2Aeq \o\al(4,9)+Aeq \o\al(3,8)个符合条件的五位数.
解法二:若有1,①若1在第一位,有Aeq \o\al(4,9)种;②若1在第2,第3,第4位,有Aeq \o\al(1,3)Aeq \o\al(1,8)Aeq \o\al(3,8)种.若没有1,第1位有Aeq \o\al(1,8)种,剩下有Aeq \o\al(4,8)种,共有Aeq \o\al(1,8)Aeq \o\al(4,8)种,故共有Aeq \o\al(4,9)+Aeq \o\al(1,3)Aeq \o\al(1,8)Aeq \o\al(3,8)+Aeq \o\al(1,8)Aeq \o\al(4,8)个符合条件的五位数.
解法三:①若0在个位,有Aeq \o\al(4,9)种;②若0不在个位,个位有Aeq \o\al(1,8)种,第1位有Aeq \o\al(1,8)种,剩下有Aeq \o\al(3,8)种,故共有Aeq \o\al(4,9)+(Aeq \o\al(1,8))2Aeq \o\al(3,8)个符合条件的五位数.故选BCD.
解析:对于A,6只小熊猫全排列,有Aeq \o\al(6,6)种排法,A,C,D全排列,有Aeq \o\al(3,3)种排法,则A,C,D从左到右按照体重递增的顺序排列有6,6)eq \f(A,Aeq \o\al(3,3))
=120种排法,故A正确;对于B,先排列除E与F外的4只小熊猫,有Aeq \o\al(4,4)种排法,4只小熊猫排列后共形成5个空,将E和F插入5个空,有Aeq \o\al(2,5)种排法,则共有Aeq \o\al(4,4)Aeq \o\al(2,5)=480种排法,故B正确;对于C,A,B,C 3只小熊猫排在一起,且A只能在B与C的中间,有2种排法,将这3只小熊猫看作一个整体,再与其余3只小熊猫全排列,有Aeq \o\al(4,4)种排法,则共有2Aeq \o\al(4,4)=48种排法,故C错误;对于D,6只小熊猫全排列,有Aeq \o\al(6,6)种排法,当D在排头时,有Aeq \o\al(5,5)种排法,当F在排尾时,有Aeq \o\al(5,5)种排法,当D在排头且F在排尾时,有Aeq \o\al(4,4)种排法,则D不在排头,F不在排尾的排法,共有Aeq \o\al(6,6)-2Aeq \o\al(5,5)+Aeq \o\al(4,4)=504种,故D错误.故选AB.
解析:将3,4两个数全排列,有Aeq \o\al(2,2)种排法,当1,2不相邻且不与5相邻时有Aeq \o\al(3,3)种方法,当1,2相邻且不与5相邻时有Aeq \o\al(2,2)Aeq \o\al(2,3)种方法,故满足题意的五位数有Aeq \o\al(2,2)(Aeq \o\al(3,3)+Aeq \o\al(2,2)Aeq \o\al(2,3))=36个.
解析:环排问题线排策略,把八个人看成八个凳子,再增加一个凳子,然后九个凳子排一排,甲放一号和九号,中间剩余七个位置可选,再将其他五个放入中间,有Aeq \o\al(5,5)=120种方法.∵甲、乙、丙两两不相邻,∴乙、丙只能放中间四空中,共有Aeq \o\al(2,4)=12种方法.由分步乘法计数原理得,共有120×12=1440种不同的排法.
解析:从6名短跑运动员中选出4人参加4×100 m接力赛,共有Aeq \o\al(4,6)=360种参赛方案.甲不一定被选中,因此需分两类:第一类,甲不参赛,有Aeq \o\al(4,5)种排法;第二类,甲参赛,甲只有两个位置可供选择,故有Aeq \o\al(1,2)种排法,其余5人有Aeq \o\al(3,5)种排法,故有Aeq \o\al(1,2)Aeq \o\al(3,5)种方案.所以共有Aeq \o\al(4,5)+Aeq \o\al(1,2)Aeq \o\al(3,5)=240种参赛方案.
四、解答题
11.某次文艺晚会上共演出8个节目,其中2个唱歌节目、3个舞蹈节目、3个曲艺节目,求分别满足下列条件的节目编排方法有多少种?
(1)一个唱歌节目开头,另一个放在最后压台;
(2)2个唱歌节目互不相邻;
(3)2个唱歌节目相邻且3个舞蹈节目不相邻.
解:(1)先排唱歌节目有Aeq \o\al(2,2)种排法,再排其他节目有Aeq \o\al(6,6)种排法,所以共有Aeq \o\al(2,2)Aeq \o\al(6,6)=1440种编排方法.
(2)先排3个舞蹈节目、3个曲艺节目有Aeq \o\al(6,6)种排法,再从其中7个空(包括两端)中选2个排唱歌节目,有Aeq \o\al(2,7)种插入方法,所以共有Aeq \o\al(6,6)Aeq \o\al(2,7)=30240种编排方法.
(3)把2个相邻的唱歌节目看作一个对象,与3个曲艺节目排列有Aeq \o\al(4,4)种排法,再将3个舞蹈节目插入,有Aeq \o\al(3,5)种插入方法,最后将2个唱歌节目排列,有Aeq \o\al(2,2)种排法,所以共有Aeq \o\al(4,4)Aeq \o\al(3,5)Aeq \o\al(2,2)=2880种编排方法.
解:(1)由已知,7个人排在7个位置,与无任何限制的排列相同,有Aeq \o\al(7,7)=5040种不同的排列方法.
(2)甲为特殊对象,故先安排甲,左、右、中共3个位置可供甲选择,有Aeq \o\al(1,3)种排法,其余6人全排列,有Aeq \o\al(6,6)种排法.
由分步乘法计数原理得,共有Aeq \o\al(1,3)Aeq \o\al(6,6)=2160种不同的排列方法.
(3)解法一:按甲是否在最右端分两类:
第一类,甲在最右端有Aeq \o\al(6,6)种排法;
第二类,甲不在最右端时,甲有5个位置可选,而乙也有5个位置可选,其余全排列,有Aeq \o\al(5,5)种排法.
由分步乘法计数原理得,有Aeq \o\al(1,5)Aeq \o\al(1,5)Aeq \o\al(5,5)种排法.
故共有Aeq \o\al(6,6)+Aeq \o\al(1,5)Aeq \o\al(1,5)Aeq \o\al(5,5)=3720种不同的排列方法.
解法二:先排最左端位置,除去甲外,有Aeq \o\al(1,6)种排法,余下的6个位置全排列有Aeq \o\al(6,6)种,但应剔除甲不在最左端且乙在最右端的Aeq \o\al(1,5)Aeq \o\al(5,5)种排法.则符合条件的排法共有Aeq \o\al(1,6)Aeq \o\al(6,6)-Aeq \o\al(1,5)Aeq \o\al(5,5)=3720种.
(4)将男生看成一个整体进行全排列,有Aeq \o\al(3,3)种排法;将这个整体看成一个对象,再与其他4人进行全排列,有Aeq \o\al(5,5)种排法,共有Aeq \o\al(3,3)Aeq \o\al(5,5)=720种不同的排列方法.
(5)先排好男生,然后将女生插入排男生时产生的4个空位中,共有Aeq \o\al(3,3)Aeq \o\al(4,4)=144种不同的排列方法.
(6)第一步,设固定甲、乙、丙从左至右顺序的排列总数为N;第二步,对甲、乙、丙进行全排列,则为7个人的全排列,因此有Aeq \o\al(7,7)=N×Aeq \o\al(3,3),故N=7,7)eq \f(A,Aeq \o\al(3,3))
=840种.
解析:因为2出现2次,8出现2次,所以不同的密码共有6,6)eq \f(A,Aeq \o\al(2,2)Aeq \o\al(2,2))
=eq \f(6×5×4×3×2×1,2×1×2×1)=180个.
解:(1)各数位上的数字允许重复,故由分步乘法计数原理可知,可以组成4×5×5×5×5=2500个五位数.
(2)解法一:考虑特殊位置“万位”,从1,2,3,4中任选一个填入万位,共有4种填法,其余4个数字全排列,有Aeq \o\al(4,4)种排法,故共有Aeq \o\al(1,4)Aeq \o\al(4,4)=96个符合条件的五位数.
解法二:先考虑特殊对象“0”,先排0,从个、十、百、千位中任选一个位置将0填入,有Aeq \o\al(1,4)种填法,然后将其余4个数字在剩余4个位置上全排列,有Aeq \o\al(4,4)种排法,故共有Aeq \o\al(1,4)Aeq \o\al(4,4)=96个符合条件的五位数.
(3)构成3的倍数的三位数,各数位上数字之和是3的倍数,将0,1,2,3,4按除以3的余数分成3类,按照取0和不取0分类:取0,从1和4中取一个数,再取2进行排列,先填百位有Aeq \o\al(1,2)种填法,再填其余位有Aeq \o\al(2,2)种排法,故有2Aeq \o\al(1,2)Aeq \o\al(2,2)个;不取0,则必取3,从1和4中任取一数,再取2,然后进行全排列,故有2Aeq \o\al(3,3)个.所以共有2Aeq \o\al(1,2)Aeq \o\al(2,2)+2Aeq \o\al(3,3)=8+12=20个符合条件的三位数.
(4)考虑特殊位置个位和万位,先填个位,从1,3中选一个填入个位,有Aeq \o\al(1,2)种填法,然后从剩余3个非0数中选一个填入万位,有Aeq \o\al(1,3)种填法,最后将包含0在内的剩余3个数在中间三个位置上全排列,有Aeq \o\al(3,3)种填法,故共有Aeq \o\al(1,2)Aeq \o\al(1,3)Aeq \o\al(3,3)=36个符合条件的五位数.
(5)按分类加法计数原理,当万位数字为1,2,3时均可以,共有Aeq \o\al(1,3)Aeq \o\al(4,4)个数;当万位数字为4,千位数字为0,1时均满足,共有Aeq \o\al(1,2)Aeq \o\al(3,3)个数;当万位数字为4,千位数字为2,百位数字为0,1时,除了42130均满足,共有(Aeq \o\al(1,2)Aeq \o\al(2,2)-1)个数.所以比42130小的数有Aeq \o\al(1,3)Aeq \o\al(4,4)+Aeq \o\al(1,2)Aeq \o\al(3,3)+Aeq \o\al(1,2)Aeq \o\al(2,2)-1=87个.万位是1,2的各有Aeq \o\al(4,4)个数,万位是3,千位是0,1的各有Aeq \o\al(3,3)个数,所以共有2Aeq \o\al(4,4)+2Aeq \o\al(3,3)=60个数,故第61个数是32014.
(6)运用排除法,先将1,3在奇数位上排列,有Aeq \o\al(2,3)种排法,再将其余3个偶数在剩余3个位置上全排列,有Aeq \o\al(3,3)种排法,而其中1,3在个位和百位上,0在万位上的排法不符合题意,有Aeq \o\al(2,2)Aeq \o\al(2,2)种排法.所以符合条件的五位数共有Aeq \o\al(2,3)Aeq \o\al(3,3)-Aeq \o\al(2,2)Aeq \o\al(2,2)=32个.
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