考点19计数原理和排列组合教师版.pdf
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1、玩转数学培优题型篇安老师培优课堂 安老师高三玩转数学研讨群(721144129)旨在打造课外辅导专用讲义,更多资料关注公众号玩转高中数学研讨 考点 19计数原理和排列组合 玩前必备 1分类加法计数原理 完成一件事有 n 类不同的方案,在第一类方案中有 m1种不同的方法,在第二类方案中有 m2种不同的方 法,在第 n 类方案中有 mn种不同的方法,则完成这件事情,共有 Nm1m2mn种不同的方法 2分步乘法计数原理 完成一件事情需要分成 n 个不同的步骤,完成第一步有 m1种不同的方法,完成第二步有 m2种不同的方 法,完成第 n 步有 mn种不同的方法,那么完成这件事情共有 Nm1m2mn种不
2、同的方法 3两个计数原理的区别 分类加法计数原理与分步乘法计数原理,都涉及完成一件事情的不同方法的种数它们的区别在于:分类 加法计数原理与分类有关,各种方法相互独立,用其中的任一种方法都可以完成这件事;分步乘法计数原 理与分步有关,各个步骤相互依存,只有各个步骤都完成了,这件事才算完成 4排列与排列数 (1) 排列的定义:从 n 个不同的元素中取出 m(mn)个元素,按照一定的顺序排成一列,叫做从 n 个不同元 素中取出 m 个元素的一个排列 (2) 排列数的定义:从 n 个不同的元素中取出 m(mn)个元素的所有排列的个数,叫做从 n 个不同元素中取 出 m 个元素的排列数,用符号 A m
3、n表示 (3) 排列数公式 当 mn 时,排列称为选排列,排列数为 Amnn(n1)(n2)(nm1); 当 mn 时,排列称为全排列,排列数为 Annn(n1)(n2)321 上式右边是自然数 1 到 n 的连乘积,把它叫做 n 的阶乘,并用 n!表示,于是 Annn!进一步规定 0!1, 于是,Amnn(n1)(n2)(nm1)n(n1)(nm1)(nm)(nm1)321 (nm)(nm1)321 n! (nm)!,即 Amn n! (nm)! 5组合与组合数 (1) 组合的定义:从 n 个不同的元素中取出 m(mn)个元素并成一组,叫做从 n 个不同元素中取出 m 个元素 的一个组合 (
4、2)组合数的定义:从 n 个不同的元素中取出 m(mn)个元素的所有组合的个数,叫做从 n 个不同元素中 取出 m 个元素的组合数,用符号 C m n表示 (3) 组合数公式 Cmn Amn Amm n(n1)(n2)(nm1) m! n! m!(nm)! 玩转数学培优题型篇安老师培优课堂 安老师高三玩转数学研讨群(721144129)旨在打造课外辅导专用讲义,更多资料关注公众号玩转高中数学研讨 规定:C0n1 (4) 组合数的两个性质:CmnCn m n;Cmn1Cm 1 nCmn 6排列与组合的区别 排列与组合的共同点,就是都要“从 n 个不同元素中,任取 m 个元素”,而不同点就是前者要
5、“顺序”, 而后者却是“并成一组”因此,“有序”与“无序”是区别排列与组合的重要标志. 玩转典例 题型题型一一计数原理计数原理 例例 1(2020浙江高三专题练习)某校高中三年级一班有优秀团员 8 人,二班有优秀团员 10 人,三班有 优秀团员 6 人,学校组织他们去参观某爱国主义教育基地. (1)推选 1 人为总负责人,有多少种不同的选法? (2)每班选 1 人为小组长,有多少种不同的选法? (3)从他们中选出 2 个人管理生活,要求这 2 个人不同班,有多少种不同的选法? 解(1)分三类,第一类是从一班的 8 名优秀团员中产生,共有 8 种不同的选法;第二类是从二班的 10 名优 秀团员中
6、产生,共有 10 种不同的选法;第三类是从三班的 6 名优秀团员中产生,共 6 种不同的选法,由分 类加法计数原理可得,共有 N810624(种)不同的选法. (2)分三步,第一步从一班的 8 名优秀团员中选 1 名组长,共有 8 种不同的选法,第二步从二班的 10 名优秀 团员中选 1 名组员,共 10 种不同的选法.第三步是从三班的 6 名优秀团员中产生,共 6 种不同的选法,由分 步乘法计数原理可得:共有 N8106480(种)不同的选法. (3)分三类:每一类又分两步,第一类是从一班、二班的优秀团员中各选 1 人,有 810 种不同的选法;第 二类是从二班、三班的优秀团员中各选 1 人
7、,有 106 种不同的选法,第三类是从一班、三班的优秀团员 中各选 1 人,有 86 种不同的选法,因此,共有 N81010686188(种)不同的选法. 例例 2 2(2020全国高三专题练习)用 0,1,2,3,4 五个数字, (1)可以排成多少个三位数字的电话号码? (2)可以排成多少个三位数? (3)可以排成多少个能被 2 整除的无重复数字的三位数? 【答案】见解析 【解析】(1)三位数字的电话号码,首位可以是 0,数字也可以重复,每个位置都有 5 种排法,共有 55 55 3125(种) (2)三位数的首位不能为 0,但可以有重复数字,首先考虑首位的排法,除 0 外共有 4 种方法,
8、第二、三位 可以排 0,因此,共有 455100(种) (3)被 2 整除的数即偶数, 末位数字可取 0,2,4, 因此, 可以分两类, 一类是末位数字是 0, 则有 4312(种) 排法;一类是末位数字不是 0,则末位有 2 种排法,即 2 或 4,再排首位,因 0 不能在首位,所以有 3 种排 玩转数学培优题型篇安老师培优课堂 安老师高三玩转数学研讨群(721144129)旨在打造课外辅导专用讲义,更多资料关注公众号玩转高中数学研讨 法,十位有 3 种排法,因此有 23318(种)排法因而有 121830(种)排法即可以排成 30 个能被 2 整除的无重复数字的三位数 例例 3(2020辽
9、宁实验中学高三月考(理)高二年级的三个班去甲、乙、丙、丁四个工厂参观学习,去 哪个工厂可以自由选择,甲工厂必须有班级要去,则不同的参观方案有() A16 种B18 种C37 种D48 种 【答案】C 【解析】根据题意,若不考虑限制条件,每个班级都有 4 种选择,共有 ? t h? 种情况,其中工厂 甲没有班级去,即每个班都选择了其他三个工厂,此时每个班级都有 3 种选择,共有 ? t h? 种方 案;则符合条件的有 h? h? t ? 种,故选:C 玩转跟踪 1满足 a,b1,0,1,2,且关于 x 的方程 ax22xb0 有实数解的有序数对(a,b)的个数为() A14B13 C12D10
10、解析:选 B当 a0 时,关于 x 的方程为 2xb0,此时有序数对(0,1),(0,0),(0,1),(0,2)均满足要 求;当 a0 时,44ab0,ab1,此时满足要求的有序数对为(1,1),(1,0),(1,1),(1,2), (1,1),(1,0),(1,1),(2,1),(2,0)综上,满足要求的有序数对共有 13 个故选 B. 2在所有的两位数中,个位数字大于十位数字的两位数的个数为_ 解析:按十位数字分类,十位可为 1,2,3,4,5,6,7,8,共分成 8 类,在每一类中满足条件的两位数分别有 8 个, 7 个,6 个,5 个,4 个,3 个,2 个,1 个,则共有 8765
11、432136 个两位数 答案:36 3如果一个三位正整数如“a1a2a3”满足 a1a3,则称这样的三位数为凸数(如 120,343,275 等),那么 所有凸数的个数为_ 解析:若 a22,则百位数字只能选 1,个位数字可选 1 或 0,“凸数”为 120 与 121,共 2 个若 a23, 则百位数字有两种选择,个位数字有三种选择,则“凸数”有 236(个)若 a24,满足条件的“凸数” 有 3412(个),若 a29,满足条件的“凸数”有 8972(个)所以所有凸数有 26122030 425672240(个) 答案:240 题型题型二二排列排列和排列数和排列数 例例 4 43 名男生,
12、4 名女生,按照不同的要求排队,求不同的排队方案的方法种数 (1)选其中 5 人排成一排; (2)排成前后两排,前排 3 人,后排 4 人; 玩转数学培优题型篇安老师培优课堂 安老师高三玩转数学研讨群(721144129)旨在打造课外辅导专用讲义,更多资料关注公众号玩转高中数学研讨 (3)全体站成一排,男、女各站在一起; (4)全体站成一排,男生不能站在一起; (5)全体站成一排,甲不站排头也不站排尾 (6)全体站成一排,甲不站排头乙不站排尾 解析(1)问题即为从 7 个元素中选出 5 个全排列,有 A572 520(种)排法 (2)前排 3 人,后排 4 人,相当于排成一排,共有 A775
13、040(种)排法 (3)相邻问题(捆绑法):男生必须站在一起,是男生的全排列,有 A 3 3种排法;女生必须站在一起,是女生的 全排列,有 A 4 4种排法;全体男生、女生各视为一个元素,有 A 2 2种排法,由分步乘法计数原理知,共有 N A33A44A22288(种) (4)不相邻问题(插空法):先安排女生共有 A 4 4种排法,男生在 4 个女生隔成的五个空中安排共有 A 3 5种排法, 故 NA44A351 440(种) (5)先安排甲,从除去排头和排尾的 5 个位中安排甲,有 A155(种)排法;再安排其他人,有 A66720(种)排 法所以共有 A15A663 600(种)排法 玩
14、转跟踪 1.(2019上海)首届中国国际进口博览会在上海举行,某高校拟派 4 人参加连续 5 天的志愿者活动,其中 甲连续参加 2 天,其他人各参加 1 天,则不同的安排方法有种(结果用数值表示) 【答案】24 【解析】在五天里,连续的 2 天,一共有 4 种,剩下的 3 人排列,故有 3 3 424A 种 2.(2020全国高三专题练习)A,B,C,D,E,F六人围坐在一张圆桌周围开会,A是会议的中心发言人, 必须坐最北面的椅子,B, C二人必须坐相邻的两把椅子, 其余三人坐剩余的三把椅子, 则不同的座次有 () A60 种B48 种C30 种D24 种 【答案】B 【解析】首先,A是会议的
15、中心发言人,必须坐最北面的椅子, 考虑B、C两人的情况,只能选择相邻的两个座位,位置可以互换, 根据排列数的计算公式,得到,?Ah h,接下来,考虑其余三人的情况, 其余位置可以互换,可得A? ?种,最后根据分步计数原理,得到 ? Ah h A? ? t ?h 种, 故选 B. 3(四川,6)用数字 0,1,2,3,4,5 组成没有重复数字的五位数,其中比 40 000 大的偶数共有() 玩转数学培优题型篇安老师培优课堂 安老师高三玩转数学研讨群(721144129)旨在打造课外辅导专用讲义,更多资料关注公众号玩转高中数学研讨 A144 个B120 个C96 个D72 个 解析由题意,首位数字
16、只能是 4,5,若万位是 5,则有 3A3472 个;若万位是 4,则有 2A 3 4个48 个,故 40 000 大的偶数共有 7248120 个选 B. 答案B 4(四川,6)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() A192 种B216 种C240 种D288 种 解析当最左端排甲时,不同的排法共有 A 5 5种;当最左端排乙时,甲只能排在中间四个位置之一,则不 同的排法共有 C14A 4 4种故不同的排法共有 A55C14A44924216 种 题型题型三三组合和组合数组合和组合数 例例 5 5男运动员 6 名,女运动员 4 名,其中男、女队长各
17、 1 名现选派 5 人外出参加比赛,在下列情形中各 有多少种选派方法? (1)男运动员 3 名,女运动员 2 名; (2)至少有 1 名女运动员; (3)队长中至少有 1 人参加; (4)既要有队长,又要有女运动员 解(1)分两步完成:第一步,选 3 名男运动员,有 C 3 6种选法; 第二步,选 2 名女运动员,有 C 2 4种选法由分步乘法计数原理可得,共有 C36C24120(种)选法 (2)方法一“至少有 1 名女运动员”包括以下四种情况: 1 女 4 男,2 女 3 男,3 女 2 男,4 女 1 男 由分类加法计数原理可得总选法共有 C14C46C24C36C34C26C44C16
18、246(种) 方法二“至少有 1 名女运动员”的反面为“全是男运动员”,可用间接法求解 从 10 人中任选 5 人有 C 5 10种选法,其中全是男运动员的选法有 C 5 6种所以“至少有 1 名女运动员”的选法 有 C510C56246(种) (3)方法一(直接法)可分类求解:“只有男队长”的选法种数为 C48; “只有女队长”的选法种数为 C48;“男、女队长都入选”的选法种数为 C38, 所以共有 2C48C38196(种)选法 方法二(间接法)从 10 人中任选 5 人有 C 5 10种选法, 其中不选队长的方法有 C 5 8种所以“至少有 1 名队长”的选法有 C510C58196(
19、种) (4)当有女队长时,其他人任意选,共有 C 4 9种选法;当不选女队长时,必选男队长,共有 C 4 8种选法,其中 不含女运动员的选法有 C 4 5种,所以不选女队长时的选法共有(C48C45)种所以既要有队长又要有女运动员 的选法共有 C49C48C45191(种) 玩转数学培优题型篇安老师培优课堂 安老师高三玩转数学研讨群(721144129)旨在打造课外辅导专用讲义,更多资料关注公众号玩转高中数学研讨 例例 6 6(2017全国)安排 3 名志愿者完成 4 项工作,每人至少完成 1 项,每项工作由 1 人完成,则不同的安 排方式共有() A12 种B18 种C24 种D36 种 答
20、案D 解析由题意可知,其中 1 人必须完成 2 项工作,其他 2 人各完成 1 项工作,可得安排方式为 C13C24A22 36(种),或列式为 C13C24C12343 2 236(种) 玩转跟踪 1某市工商局对 35 种商品进行抽样检查,已知其中有 15 种假货现从 35 种商品中选取 3 种 (1)其中某一种假货必须在内,不同的取法有多少种? (2)其中某一种假货不能在内,不同的取法有多少种? (3)恰有 2 种假货在内,不同的取法有多少种? (4)至少有 2 种假货在内,不同的取法有多少种? (5)至多有 2 种假货在内,不同的取法有多少种? 解(1)从余下的 34 种商品中,选取 2
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