内容正文:
第六章 计数原理
第六章 计数原理
选择性必修第三册 数学
6.2 排列与组合
6.2.3 组合 6.2.4 组合数
第1课时 组合与组合数
第六章 计数原理
选择性必修第三册 数学
目录
contents
Part
01
课 前 预 习
课 堂 互 动
Part
02
课时作业(五)
Part
03
第六章 计数原理
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课 前 预 习
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作为一组
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所有不同组
合的个数
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1
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课时作业(五)
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第六章 计数原理
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学习目标
素养要求
1.理解组合的定义,正确认识组合与排列的区别与联系;
2.理解排列数与组合数之间的联系,掌握组合数公式,能运用组合数公式进行计算;
3.会解决一些简单的组合问题.
1.通过对组合概念的学习,培养数学抽象的核心素养;
2.组合数公式的应用,提升逻辑推理、数学运算的核心素养;
3.通过利用组合与组合数公式解决简单的实际问题,提升数学建模的核心素养.
[自主梳理]
知识点一 组合的定义
[问题] 从1,3,5,7中任取两个数相除或相乘.
(1) 所得商和积的个数相同吗?
答: 不相同.
(2)它们是排列吗?
答: 从1,3,5,7中任取两个数相除是排列,而相乘不是排列.
►知识填空
1.组合:从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素____________,叫做从n个不同元素中取出m个元素的一个组合.
2.组合与排列的区别:组合无序,排列有序.
[点睛]
区分一个问题是排列问题还是组合问题,关键是看它有无顺序,有顺序的是排列问题,无顺序的是组合问题.
知识点二
[问题] 从1,3,5,7中任取两个数相除,可得到A eq \o\al(2,4) 个商数,也可用分步法求商的个数,按照下列步骤得到:
第1步,从这四个数中任取两个数,有C eq \o\al(2,4) 种方法;
第2步,将每个组合中的两个数排列,有A eq \o\al(2,2) 种排法.
由分步乘法计数原理,可得商的个数为C eq \o\al(2,4) A eq \o\al(2,2) ,由此你能得到C eq \o\al(2,4) 和A eq \o\al(2,4) 的关系吗?
答:C eq \o\al(2,4) =eq \o\al(2,4) eq \f(A,A eq \o\al(2,2) )
=6.
►知识填空
组合数及组合数公式:
组合数定
义及表示
从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素的___________ ___________,叫做从n个不同元素中取出m个元素的组合数,用符号C eq \o\al(m,n) 表示
组合数公式
乘积
形式
C eq \o\al(m,n) = eq \f(n(n-1)(n-2)…(n-m+1),m!)
阶乘
形式
C eq \o\al(m,n) = eq \f(n!,m!(n-m)!)
性质
C eq \o\al(m,n) =_______
C eq \o\al(m,n+1) =_______+_______
备注
规定C eq \o\al(0,n) =_____
C eq \o\al(n-m,n)
C eq \o\al(m,n)
C eq \o\al(m-1,n)
[点睛]
(1)组合数与组合是两个不同的概念.根据定义,一个组合是具体的一件事,它不是一个数;而组合数是所有组合的个数,它是一个数.
(2)组合数公式可以由排列数公式表示,但要注意公式的结构.
[自主检验]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)C eq \o\al(3,5) =5×4×3=60.( )
(2)C eq \o\al(2016,2017) =C eq \o\al(1,2017) =2017.( )
答案:(1)× (2)√
2.(多选)下面四组元素,是相同组合的是( )
A.a,b,c与b,c,a
B.a,b,c与a,c,b
C.a,c,d与d,a,c
D.a,b,c与a,b,d
解析:选ABC 元素相同,组合相同.
3.某班级要从4名男生、2名女生中选派4人参加某次社区服务,如果要求至少有1名女生,那么不同的选派方案种数为( )
A.14
B.24
C.28
D.48
解析:选A 从6人中任选4人的选法种数为C eq \o\al(4,6) =15,其中没有女生的选法有1种,故至少有1名女生的选法种数为15-1=14.
4.计算:C eq \o\al(48,50) +C eq \o\al(49,50) =________.
解析:C eq \o\al(48,50) +C eq \o\al(49,50) =C eq \o\al(49,51) =C eq \o\al(2,51) = eq \f(51×50,2×1) =1 275.
答案:1 275
题型一 组合的概念
[例1] 判断下列各事件是排列问题还是组合问题.
(1)10个人相互各写一封信,共写多少封信?
(2)10个人相互通一次电话,共通了多少次电话?
(3)从10个人中选3个代表去开会,有多少种选法?
(4)从10个人里选出3个不同学科的代表,有多少种选法?
解:(1)是排列问题.因为发信人与收信人是有区别的.
(2)是组合问题.因为甲与乙通了一次电话,也就是乙与甲通了一次电话,没有顺序的区别.
(3)是组合问题.因为3个代表之间没有顺序的区别.
(4)是排列问题.因为3个人中,担任哪一学科的代表是有顺序区别的.
[反思感悟]
根据排列与组合的定义进行判断,区分排列与组合问题,先确定完成的是什么事件,然后看问题是否与顺序有关,与顺序有关的是排列,与顺序无关的是组合.
判断下列问题是排列问题还是组合问题.
(1)已知集合P={1,2,3,4},则集合P含有3个元素的子集有多少个?
(2)5个人中每2个人都要握一次手,共握多少次手?
(3)从a,b,c,d4个景点中选出2个作为浏览区,有多少种选择方案?
(4)把4本相同的数字书分给5个学生,每人至多得一本,有多少种分配方法?
(5)4个人去干5种不同的工作,每人干一种,有多少种分工方法?
解:(1)因为集合中取出元素具有“无序性”,故这是组合问题;
(2)因为两人握手是相互的,没有顺序之分,所以这是组合问题;
(3)选出2个景点作为浏览区,这和两个景点的顺序无关,所以是组合问题;
(4)由于4本数字书是相同的,不同的分配方法取决于从5个学生中选择哪4个人,这和顺序无关,是组合问题;
(5)因为5种工作是不同的,分工方法就是从5种不同的工作中选出4种,按一定的顺序分配给4个人,它与顺序有关,是排列问题.
题型二 组合数公式及应用
[例2] (1)计算:C eq \o\al(5,8) +C eq \o\al(98,100) ·C eq \o\al(7,7) .
(2)若eq \o\al(3,n) eq \f(1,C)
-eq \o\al(4,n) eq \f(1,C)
<eq \o\al(5,n) eq \f(2,C)
,求n的取值集合.
解:(1)原式=C eq \o\al(3,8) +C eq \o\al(2,100) ×1= eq \f(8×7×6,3×2×1) + eq \f(100×99,2×1)
=56+4 950=5 006.
(2)由 eq \f(6,n(n-1)(n-2)) - eq \f(24,n(n-1)(n-2)(n-3))
< eq \f(240,n(n-1)(n-2)(n-3)(n-4)) ,
可得n2-11n-12<0,解得-1<n<12.
又n∈N*,且n≥5,所以n∈{5,6,7,8,9,10,11}.
所以n的取值集合为{5,6,7,8,9,10,11}.
[反思感悟]
(1)解题过程中应避免忽略根的检验而产生增根的错误,注意不要忽略n∈N*.
(2)与排列组合有关的方程或不等式问题要用到排列数、组合数公式以及组合数的性质.求解时,要注意由C eq \o\al(m,n) 中的m∈N*,n∈N*,且n≥m确定m,n的范围,因此求解后要验证所得结果是否适合题意.
(1)计算:C eq \o\al(98,100) +C eq \o\al(199,200) ;
(2)证明:C eq \o\al(m,n) = eq \f(n,n-m) C eq \o\al(m,n-1) .
解:
(1)C eq \o\al(98,100) +C eq \o\al(199,200) =C eq \o\al(2,100) +C eq \o\al(1,200) = eq \f(100×99,2) +200=4 950 +200=5 150.
(2)证明: eq \f(n,n-m) C eq \o\al(m,n-1) = eq \f(n,n-m) · eq \f((n-1)!,m!(n-1-m)!)
= eq \f(n!,m!(n-m)!) =C eq \o\al(m,n) .
题型三 简单的组合问题
[例3] 在一次数学竞赛中,某学校有12人通过了初试,学校要从中选出5人参加市级培训.在下列条件下,有多少种不同的选法?
(1)任意选5人;
(2)甲、乙、丙三人必须参加;
(3)甲、乙、丙三人不能参加;
(4)甲、乙、丙三人中只能有1人参加.
解:(1)从中任取5人是组合问题,共有C eq \o\al(5,12) =792种不同的选法.
(2)甲、乙、丙三人必须参加,则只需要从另外9人中选2人,是组合问题,共有C eq \o\al(2,9) =36种不同的选法.
(3)甲、乙、丙三人不能参加,则只需从另外的9人中选5人,共有C eq \o\al(5,9) =126种不同的选法.
(4)甲、乙、丙三人中只能有1人参加,可分两步:先从甲、乙、丙中选1人,有C eq \o\al(1,3) =3种选法;再从另外9人中选4人,有C eq \o\al(4,9) 种选法.共有C eq \o\al(1,3) C eq \o\al(4,9) =378种不同的选法.
[反思感悟]
解答简单的组合问题的方法
(1)弄清要做的这件事是什么事;
(2)选出的元素是否与顺序有关,也就是看看是不是组合问题;
(3)结合两计数原理利用组合数公式求出结果.
有10名教师,其中6名男教师,4名女教师.
(1)现要从中选2名去参加会议,有________种不同的选法;
(2)选出2名男教师或2名女教师参加会议,有________种不同的选法;
(3)现要从中选出男、女教师各2名去参加会议,有________种不同的选法.
解析:(1)从10名教师中选2名去参加会议的选法种数,就是从10个不同元素中取出2个元素的组合数,即C eq \o\al(2,10) =eq \o\al(2,10) eq \f(A,A eq \o\al(2,2) )
= eq \f(10×9,2×1) =45.
(2)可把问题分两类情况:
第一类,选出的2名是男教师有C eq \o\al(2,6) 种方法;
第二类,选出的2名是女教师有C eq \o\al(2,4) 种方法.
根据分类加法计数原理,共有C eq \o\al(2,6) +C eq \o\al(2,4) =eq \o\al(2,6) eq \f(A,A eq \o\al(2,2) )
+eq \o\al(2,4) eq \f(A,A eq \o\al(2,2) )
= eq \f(6×5,2×1) + eq \f(4×3,2×1) =15+6=21(种)不同的选法.
(3)从6名男教师中选2名的选法有C eq \o\al(2,6) 种,从4名女教师选2名的选法有C eq \o\al(2,4) 种,根据分步乘法计数原理,共有不同的选法C eq \o\al(2,6) ×C eq \o\al(2,4) =eq \o\al(2,6) eq \f(A,A eq \o\al(2,2) )
×eq \o\al(2,4) eq \f(A,A eq \o\al(2,2) )
= eq \f(6×5,2×1) × eq \f(4×3,2×1) =90(种).
答案:(1)45 (2)21 (3)90
[课堂小结]
1.排列与组合的联系与区别
(1)联系:二者都是从n个不同的元素中取m(m≤n)个元素.
(2)区别:排列问题中元素有序,组合问题中元素无序.
2.关于组合数的计算
(1)涉及具体数字的可以直接用公式
C eq \o\al(m,n) =eq \o\al(m,n) eq \f(A,A eq \o\al(m,m) )
= eq \f(n(n-1)(n-2)…(n-m+1),m!) 计算;
(2)涉及字母的可以用阶乘式C eq \o\al(m,n) = eq \f(n!,m!(n-m)!) 计算.
$