2019年高中数学第7章计数原理7.3组合讲义(含解析)湘教版选修2_3.doc
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1、173 组 合第一课时 组合与组合数公式及其性质读教材填要点1组合从 n个不同的元素中取出 m(m n)个不同的元素,不论次序地构成一组,称为一个组合,我们用符号 C 表示所有不同的组合个数,称 C 为从 n个不同的元素中取 m个元素的mn mn组合数2组合数有关公式(1)C ,0 m n.mnAmnAm n n 1 n m 1m!(2)C ,0 m n.mnn!m! n m !3组合数的性质(1)C C ,mn n mn(2)如果 C C ,则 m k或者 m n k,mn kn(3)C C C .mn 1 mn m 1n小问题大思维1 “abc”和“ acb”是相同的排列还是相同的组合?提
2、示:由于“ abc”与“ acb”的元素相同,但排列的顺序不同,所以“ abc”与“acb”是相同的组合,但不是相同的排列2如何区分某一问题是排列问题还是组合问题?提示:区分某一问题是排列还是组合问题,关键看选出的元素是否与顺序有关,若交换某两个元素的位置对结果产生影响,则是排列问题,而交换任意两个元素的位置对结果没有影响,则是组合问题3 “组合”和“组合数”是同一个概念吗?有什么区别?提示:“组合”与“组合数”是两个不同的概念, “组合”是指“从 n个不同元素中取m(m n)个元素合成一组” ,它不是一个数,而是具体的一件事;“组合数”是指“从 n个不同元素中取出 m(m n)个元素的所有不
3、同组合的个数” ,它是一个数.组合的概念例 1 判断下列问题是排列问题,还是组合问题(1)从 1,2,3,9 九个数字中任取 3个,组成一个三位数,这样的三位数共有多少2个?(2)从 1,2,3,9 九个数字中任取 3个,然后把这三个数字相加得到一个和,这样的和共有多少个?(3)从 a, b, c, d四名学生中选两名去完成同一份工作,有多少种不同的选法?解 (1)当取出 3个数字后,如果改变 3个数字的顺序,会得到不同的三位数,此问题不但与取出元素有关,而且与元素的安排顺序有关,是排列问题(2)取出 3个数字之后,无论怎样改变这 3个数字的顺序,其和均不变,此问题只与取出元素有关,而与元素的
4、安排顺序无关,是组合问题(3)两名学生完成的是同一份工作,没有顺序,是组合问题区分排列与组合的方法区分排列与组合的办法是首先弄清楚事件是什么,区分的标志是有无顺序,而区分有无顺序的方法是:把问题的一个选择结果解出来,然后交换这个结果中任意两个元素的位置,看是否会产生新的变化,若有新变化,即说明有顺序,是排列问题;若无新变化,即说明无顺序,是组合问题1判断下列问题是组合问题还是排列问题:(1)设集合 A a, b, c, d, e,则集合 A的子集中含有 3个元素的有多少个?(2)某铁路线上有 5个车站,则这条线上共需准备多少种车票?多少种票价?(3)3人去干 5种不同的工作,每人干一种,有多少
5、种分工方法?(4)把 3本相同的书分给 5个学生,每人最多得 1本,有几种分配方法?解:(1)因为本问题与元素顺序无关,故是组合问题(2)因为甲站到乙站,与乙站到甲站车票是不同的,故是排列问题,但票价与顺序无关,甲站到乙站,与乙站到甲站是同一种票价,故是组合问题(3)因为一种分工方法是从 5种不同的工作中取出 3种,按一定次序分给 3个人去干,故是排列问题(4)因为 3本书是相同的,无论把 3本书分给哪三人,都不需考虑他们的顺序,故是组合问题组合数公式及其性质应用例 2 (1)求值:C C ;5 nn 9 nn 1(2)求证:C C .mnm 1n mm 1n解 (1)Error!解得 4 n
6、5.又因为 nN ,所以 n4 或 n5.3当 n4 时,原式C C 5,14 5当 n5 时,原式C C 16.05 46(2)证明:因为 C ,mnn!m! n m !C m 1n mm 1n m 1 m 1 ! n! n m n m 1 ! ,n!m! n m !所以 C C .mnm 1n mm 1n关于组合数公式的选取技巧(1)涉及具体数字的可以直接用 C nn m mn 1 nn m n 1 !m! n 1 m !C 进行计算n!m! n m ! mn(2)涉及字母的可以用阶乘式 C 计算mnn!m! n m !(3)计算时应注意利用组合数的性质 C C 简化运算mn n mn2(
7、1)计算 C C C ;58 98100 7(2)计算 C C C C C C ;05 15 25 35 45 5(3)解方程:C C ;x2 x16 5x 516(4)解不等式:C C C .m 4m m 6 1 6m 1解:(1)原式C C 1 38 2100876321 1009921564 9505 006.(2)原式2(C C C )2(C C )05 15 25 16 252 32.(65421)(3)C C ,x2 x16 5x 516 x2 x5 x5 或 x2 x5 x516. 解得 x1 或 x5.解得 x3 或 x7.经检验知,原方程的解是 x1 或 x3.4(4)原不等
8、式可化为 C C C ,即 C C ,4m 5m 1 6m 1 4m 6m .m!4! m 4 ! m!6! m 6 !30( m4)( m5)即 m29 m100,1 m10.又 m7 且 mN *, m7 或 8或 9.组合的简单应用例 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人去参加市级培训,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、丙三人只能有 1人参加解 (1)C 792 种不同的选法;512(2)甲、乙、丙三人必须参加,只需从另外的 9人中选 2人,共有 C 36 种不
9、同的选29法;(3)甲、乙、丙三人不能参加,只需从另外的 9人中选 5人,共有 C 126 种不同的选59法;(4)甲、乙、丙三人只能有 1人参加,分两步,先从甲、乙、丙中选 1人,有 C 3 种13选法,再从另外的 9人中选 4人有 C 种选法共有 C C 378 种不同的选法49 1349解简单的组合应用题,只需按照组合的定义,直接列出组合数即可,注意分清元素的总个数及取出元素的个数,必要时,需要分清完成一件事情需要分类还是分步在分类和分步时,注意有无重复或遗漏3现有 10名教师,其中男教师 6名,女教师 4名(1)现要从中选 2名去参加会议,有多少种不同的选法?(2)选出 2名男教师或
10、2名女教师去外地学习的选法有多少种?(3)现要从中选出男、女老师各 2名去参加会议,有多少种不同的选法?解:(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 45.210109215(2)可把问题分两类情况:第 1类,选出的 2名是男教师有 C 种方法;26第 2类,选出的 2名是女教师有 C 种方法24根据分类加法计数原理,共有 C C 15621 种不同的选法26 24(3)分步:首先从 6名男教师中任选 2名,有 C 种选法,再从 4名女教师中任选 2名,26有 C 种选法,根据分步乘法计数原理,所以共有 C C 90 种不同的选
11、法.24 26 24解题高手 妙解题化简:A A A A .23 24 25 2100尝试 巧思 由于 A C A (n2),所以原式可变形为(C C C C )A ,2n 2n 2 23 24 25 2100 2然后利用组合数性质 C C C 求解即可mn m 1n mn 1妙解 原式C A C A C A232 242 21002(C C C )A23 24 2100 2(C C C C C C )A3 23 24 25 2100 3 2(C C C C C )A34 24 25 2100 3 2(C C C C )A35 25 2100 3 2(C C )A3101 3 2(C 1)A3
12、101 22C 2333 298.31011以下四个问题,属于组合问题的是( )A从 3个不同的小球中,取出 2个排成一列B老师在排座次时将甲、乙两位同学安排为同桌C在电视节目中,主持人从 100位幸运观众中选出 2名幸运之星D从 13位司机中任选出两位开两辆车从甲地到乙地6解析:选 C 由组合的定义可知,选项 C属于组合问题2已知 C 10,则 n的值为( )2nA10 B5C3 D4解析:选 B C 10, n5( n4 舍去)2nn n 1213异面直线 a, b上分别有 4个点和 5个点,由这 9个点可以确定的平面个数是( )A20 B9CC DC C C C39 2415 2514解
13、析:选 B 分两类:第一类,在直线 a上任取一点,与直线 b可确定 C 个平面;第14二类,在直线 b上任取一点,与直线 a可确定 C 个平面故可确定 C C 9 个不同的平15 14 15面4若 C ,C ,C 成等差数列,则 n_.4n 5n 6n解析:由已知得 2C C C ,所以 2 5n 4n 6nn!5! n 5 ! n!4! n 4 !.整理得 n221 n980,解得 n7 或 n14.n!6! n 6 !答案:7 或 145从 2,3,5,7四个数中任取两个不同的数相乘,有 m个不同的积;任取两个不同的数相除,有 n个不同的商,则 m n_.解析: mC , nA , m n
14、 .24 2412答案:126已知 6C 10A ,求 x的值x 7 3 2x 4解:原方程变为 (x7),6 x 3 ! x 7 ! x 3 x 7 ! 10 x 4 ! x 4 2 !即 x29 x220.解得 x111, x22(舍去),所以 x的值为 11.一、选择题1计算:C C C ( )28 38 29A120 B240C60 D4807解析:选 A C C C 120.28 38 297821 678321 89212已知平面内 A、 B、 C、 D这 4个点中任何 3点不共线,则由其中每 3点为顶点的所有三角形的个数为( )A3 B4C12 D24解析:选 B 由于与顺序无关
15、,所以是组合问题,共有 C 4 个343将 2名教师、4 名学生分成 2个小组,分别安排到甲、乙两地参加社会实践活动,每个小组由 1名教师和 2名学生组成,不同的安排方案共有( )A12 种 B10 种C9 种 D8 种解析:选 A 先安排 1名教师和 2名学生到甲地,再将剩下的 1名教师和 2名学生安排到乙地,共有 C C 12 种安排方案12244某单位有 15名成员,其中男性 10人,女性 5人,现需要从中选出 6名成员组成考察团外出参观学习,如果按性别分层,并在各层按比例随机抽样,则此考察团的组成方法种数是( )AC C BC C31035 41025CC DA A51 41025解析
16、:选 B 按性别分层,并在各层按比例随机抽样,则需从 10名男性中抽取 4人,5名女性中抽取 2人,共有 C C 种抽法41025二、填空题5若 C C C ,则 n_.7n 1 7n 8n解析:C C C ,即 C C C C ,7n 1 7n 8n 7n 1 8n 7n 8n 1所以 n178,即 n14.答案:146过三棱柱任意两个顶点的直线共 15条,其中异面直线有_对解析:三棱柱共 6个顶点,由此 6个顶点可组成 C 312 个不同四面体,而每个四46面体有三对异面直线则共有 12336 对答案:367对所有满足 1 m n5 的自然数 m、 n,方程 x2C y21 所表示的不同椭
17、圆的个mn数为_解析:1 m n5,C 有 C ,C ,C ,C ,C ,C ,C ,C ,C ,C 共 10mn 12 13 23 14 24 34 15 25 35 45个其中 C C ,C C ,C C ,C C ,所以 x2C y21 能表示的不同椭圆有 613 23 14 34 15 45 25 35 mn个8答案:68不等式 C n3C .x 18 x8解:(1)原方程等价于m(m1)( m2)6 ,m m 1 m 2 m 343214 m3, m7.(2)由已知得:Error! x8,且 xN ,C 3C ,x 18 x8 .8! x 1 ! 9 x ! 38!x! 8 x !即
18、 ,19 x3x x3(9 x),解得 x , x7,8.274原不等式的解集为7,810袋中装有大小相同标号不同的白球 4个,黑球 5个,从中任取 3个球(1)共有多少种不同结果?(2)取出的 3球中有 2个白球,1 个黑球的结果有几个?(3)取出的 3球中至少有 2个白球的结果有几个?解:(1)从 4个白球,5 个黑球中任取 3个的所有结果有 C 84 个不同结果39(2)设“取出 3球中有 2个白球,1 个黑球”的所有结果组成的集合为 A,A所包含的种数为 C C .2415所以共有 C C 30 种不同的结果2415(3)设“取出 3球中至少有 2个白球”的所有结果组成集合为 B, B
19、包含的结果数是C C C .34 2415所以共有 C C C 34 种不同的结果34 24159第二课时 组合的综合应用有限制条件的组合问题例 1 某医院从 10名医疗专家中抽调 6名组成医疗小组到社区义诊,其中这 10名医疗专家中有 4名是外科专家问:(1)抽调的 6名专家中恰有 2名是外科专家的抽调方法有多少种?(2)至少有 2名外科专家的抽调方法有多少种?(3)至多有 2名外科专家的抽调方法有多少种?解 (1)分步:首先从 4名外科专家中任选 2名,有 C 种选法,再从除去外科专家24的 6名专家中任选 4名,有 C 种选法,所以共有 C C 90(种)抽调方法46 24 46(2)“
20、至少”的含义是“不低于” ,有两种解答方法:法一(直接法):按选取的外科专家的人数分类:选 2名外科专家,共有 C C 种选法;24 46选 3名外科专家,共有 C C 种选法;34 36选 4名外科专家,共有 C C 种选法;4 26根据分类加法计数原理,共有 C C C C C C 185(种)抽调方法24 46 34 36 4 26法二(间接法):不考虑是否有外科专家,共有 C 种选法考虑选取 1名外科专家参610加,有 C C 种选法;考虑没有外科专家参加,有 C 种选法,所以共有14 56 6C C C C 185(种)抽调方法610 14 56 6(3)“至多 2名”包括“没有”
21、、 “有 1名” 、 “有 2名”三种情况,分类解答:没有外科专家参加,有 C 种选法;6有 1名外科专家参加,有 C C 种选法14 56有 2名外科专家参加,有 C C 种选法24 46所以共有 C C C C C 115(种)抽调方法6 14 56 24 46保持例题条件不变,求恰有 1名外科专家的抽调方法有多少种?解:恰有 1名外科专家指:1 名外科专家和 5名非外科专家,故有 C C 462414 56种不同的抽调方法解答有限制条件的组合问题的基本方法是“直接法”和“间接法(排除法)” ,其中用直接法求解时,应依据“特殊元素优先安排”的原则,即优先安排特殊元素,再安排其他元素而选择间
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