2019届高三数学备考冲刺140分问题38复杂的排列组合问题(含解析).doc
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1、1问题 38 复杂的排列组合问题一、考情分析高考对这部分的要求还是比较高的.考查两个计数原理、排列、组合在解决实际问题上的应用.值得提醒地是:计数模型不一定是排列或组合.画一画,数一数,算一算,是基本的计数方法,不可废弃. 二、经验分享1.排列应用问题的分类与解法(1)对于有限制条件的排列问题,分析问题时有位置分析法、元素分析法,在实际进行排列时一般采用特殊元素优先原则,即先安排有限制条件的元素或有限制条件的位置,对于分类过多的问题可以采用间接法(2)对相邻问题采用捆绑法、不相邻问题采用插空法、定序问题采用倍缩法是解决有限制条件的排列问题的常用方法.2.组合问题常有以下两类题型变化(1)“含有
2、”或“不含有”某些元素的组合题型:“含” ,则先将这些元素取出,再由另外元素补足;“不含” ,则先将这些元素剔除,再从剩下的元素中去选取(2)“至少”或“至多”含有几个元素的组合题型:解这类题必须十分重视“至少”与“至多”这两个关键词的含义,谨防重复与漏解用直接法和间接法都可以求解,通常用直接法分类复杂时,考虑逆向思维,用间接法处理3.排列与组合综合问题的常见类型及解题策略(1)相邻问题捆绑法在特定条件下,将几个相关元素视为一个元素来考虑,待整个问题排好之后,再考虑它们“内部”的排列(2)相间问题插空法先把一般元素排好,然后把特定元素插在它们之间或两端的空当中,它与捆绑法有同等作用(3)特殊元
3、素(位置)优先安排法优先考虑问题中的特殊元素或位置,然后再排列其他一般元素或位置(4)多元问题分类法将符合条件的排列分为几类,而每一类的排列数较易求出,然后根据分类加法计数原理求出排列总数三、知识拓展1.分类标准是运用分类加法计数原理的难点所在,重点在于抓住题目中的关键词或关键元素、关键位置首先根据题目特点恰当选择一个分类标准;其次分类时应注意完成这件事情的任何一种方法必须属于某一类22.利用分步乘法计数原理解决问题要按事件发生的过程合理分步,即分步是有先后顺序的,并且分步必须满足:完成一件事的各个步骤是相互依存的,只有各个步骤都完成了,才算完成这件事分步必须满足两个条件:一是步骤互相独立,互
4、不干扰;二是步与步确保连续,逐步完成3.解排列、组合问题的基本原则:特殊优先,先分组再分解,先取后排;较复杂问题可采用间接法,转化为求它的对立事件4.解决排列组合综合性问题的一般过程如下:1.认真审题弄清要做什么事2.怎样做才能完成所要做的事,即采取分步还是分类,或是分步与分类同时进行,确定分多少步及多少类.3.确定每一步或每一类是排列问题(有序)还是组合(无序)问题,元素总数是多少及取出多少个元素.解决排列组合综合性问题,往往类与步交叉,因此必须掌握一些常用的解题策略解排列(或)组合问题,应按元素的性质进行分类,分类标准明确,不重不漏;按事情的发生的连续过程分步,做到分步层次清楚.四、题型分
5、析(一)“相邻”与“不相邻”问题【例 1】甲、乙、丙、丁四名同学排成一排,分别计算满足下列条件的排法种数:(1)甲不在排头、乙不在排尾; (2)甲不在第一位、乙不在第二位、丙不在第三位、丁不在第四位;(3)甲一定在乙的右端(可以不相邻)【解析】 (1)直接排,要分甲排在排尾和甲既不排在排头也不排在排尾两种情况若甲排在排尾共有 A A 6 种排法13若甲既不在排头也不在排尾共有 A A A 8 种排法,由分类计数原理知满足条件的排法共有12122A A A A A 14(种)13 12122也可间接计算:A 2A A 14(种)4 3 2(2)可考虑直接排法:甲有 3 种排法;若甲排在第二位,则
6、乙有 3 种排法;甲、乙排好后,丙、丁只有一种排法,由分步计数原理知满足条件的所有排法共有 3319(种)(3)可先排丙、丁有 A 种排法,则甲、乙只有一种排法,由分步计数原理满足条件的排列共有24A 112(种),或看作定序问题 12(种)24A4A2【点评】对于相邻问题,可以先将要求相邻的元素作为一个元素与其他元素进行排列,同时要考虑相邻元素的内部是否需要排列,这种方法称为“捆绑法” ;对于不相邻的元素,可先排其他元素,然后将这些要求不相3邻的元素插入空当,这种方法称为“插空法” ;对于“在”或者“不在”的排列问题的计算方法主要有:位置优先法、元素优先法、间接计算法【小试牛刀】 【广东省汕
7、头市 2019 届高三上学期期末】把分别写有 1,2,3,4,5 的五张卡片全部分给甲、乙、丙三个人,每人至少一张,且若分得的卡片超过一张,则必须是连号,那么不同的分法种数为_用数字作答 【答案】36【解析】先将卡分为符合条件的 3 份,由题意,3 人分 5 张卡,且每人至少一张,至多三张,若分得的卡片超过一张,则必须是连号,相当于将 1、2、3、4、5 这 4 个数用 2 个板子隔开,在 4 个空位插 2 个板子,共有 种情况,再对应到 3 个人,有 种情况,则共有 种情况故答案为:36(二)涂色问题 【例 2】如图,用 4 种不同的颜色对图中 5 个区域涂色 (4 种颜色全部使用),要求每
8、个区域涂一种颜色,相邻的区域不能涂相同的颜色,则不同的涂色种数有_.【分析】由于区域 1,2,3 与区域 4 相邻,由条件宜采用分步处理,又相邻区域不同色,因此应按区域 1 和区域 3 是否同色分类求解【解析】按区域 1 与 3 是否同色分类;(1)区域 1 与 3 同色;先涂区域 1 与 3 有 4 种方法,再涂区域 2,4,5(还有 3 种颜色)有 A 种方法3区域 1 与 3 涂同色,共有 4A 24 种方法3(2)区域 1与 3 不同色:先涂区域 1 与 3 有 A 种方法,第二步涂区域 2 有 2 种涂色方法,第三步涂区域 4 只24有一种方法,第四步涂区域 5 有 3 种方法这时共
9、有 A 21372 种方法,24故由分类加法计数原理,不同的涂色种数为 247296.【点评】 (1)解决涂色问题,一定要分清所给的颜色是否用完,并选择恰当的涂色顺序(2)切实选择好分类标准,分清哪些可以同色,哪些不同色【小试 牛刀】 【安徽省淮南市 2019 届高三第一次模拟】如图为我国数学家赵爽 约 3 世纪初 在为周髀算经作注时验证勾股定理的示意图,现在提供 5 种颜色给其中 5 个小区域涂色,规定每个区域只涂一种颜4色,相邻区域颜色不同,则 区域涂色不相同的概率为 A B C D【答案】B【解析】提供 5 种颜色给其中 5 个小区域涂色,规定每个区域只涂一种颜色,相邻区域颜色不同,根据
10、题意,如图,设 5 个区域依次为 ,分 4 步进行分析:,对于区域 ,有 5 种颜色可选;,对于区域 与 区域相邻,有 4 种颜色可选;,对于区域 ,与 区域相邻,有 3 种颜色可选;,对于区域 ,若 与 颜色相同, 区域有 3 种颜色可选,若 与 颜色不相同, 区域有 2 种颜色可选, 区域有 2 种颜色可选,则区域 有 种选择,则不同的涂色方案有 种,其中, 区域涂色不相同的情况有:,对于区域 ,有 5 种颜色可选;,对于区域 与 区域相邻,有 4 种颜色可选;,对于区域 与 区域相邻,有 2 种颜色可选;,对于区域 ,若 与 颜色相同, 区域有 2 种颜色可选,若 与 颜色不相同, 区域
11、有 1 种颜色可选, 区域有 1 种颜色可选,5则区域 有 种选择,不同的涂色方案有 种,区域涂色不相同的概率为 ,故选 B(三)分配问题【例 3】有 6 本不同的书按下列分配方式分配,问共有多少种不同的分配方式?(1)分成每组都是 2本的三组;(2)分给甲、乙、丙三人,每人 2 本【分析】 (1)组合知识及分步计数原理求解;(2)均匀分组问题.【解析】 (1)先分三步,则应是 C C C 种选法,但是这里面出现了重复,不妨记 6 本书为分别26242A、 B、 C、 D、 E、 F,若第一步取了( AB、 CD、 EF),则 C C C 种分法中还有( AB、 EF、 CD),(CD、 AB
12、、 EF)、26242(CD、 EF、 AB)、( EF、 CD、 AB)、( EF、 AB、 CD)共有 A 种情况,而且这 A 种情况仅是 AB、 CD、 EF 的顺序不3 3同,因此,只算作一种情况,故分配方式有 15(种)C26C24C2A3(2)在问题(1)的基础上再分配,故分配方式有 A C C C 90(种)C26C24C2A3 3 26242【点评】不同元素的分配问题,往往是先分组再分配在分组时,通常有三种类型:不均匀分组;均匀分组;部分均匀分组,注意各种分组类型中,不同分组方法的求法【小试牛刀】把 四件玩具分给三个小朋友,每位小朋友至少分到一件玩具,且 两件玩具不能,ABCD
13、 ,AB分给同一个人,则不同的分法有( )A36 种 B30 种 C24 种 D18 种【答案】B【解析】分两步进行分析: 先计算把 四件玩具分给三个小朋友,每位小朋友至少分到一件玩具DA,的分法 数目:首先将 件玩具分成 组,其中 组有 件,剩余 组各 件,有 种分组方法,再将这 组431216243对应三个小朋友,有 种方法,则有 种情况; 计算 两件玩具分给同一个人的分法数目,若63A6BA两件玩具分给同一个人,则剩余的 件玩具分给其他 人,有 种情况.综上可得, 两件BA213CBA,玩具不能分给同一个人的不同分法有 种,故选 B.30(四)排数问题6【例 4】在某种信息传输过程中,用
14、四个数字的一个排列(数字允许重复)表示以一个信息,不提排列表示不同信息. 若所有数字只有 0,1,则与信息 0110 之多由四个相对应位置上数字相同的信息个数为( )A. 9 B.10 C.11 D. 12【分析】信息 0110 是四个数字,此类“至多” 、 “至少”类型的问题,可以直接利用分类讨论求解,也可以转化为反面的问题,利用间接法求解.【解析一】 (直接法)若 0 相同,只有 1 个;若 1 相同,共有14C个;若 2 相同,共有246C个,故共有146个.【解析二】 (间接法)若 3 个数字相同,共有246个,若 4 个数字相同共 4 个,二不同排列个数为42个,所以共有 16(4)
15、1个.【点评】该题中要求的是“至多”有两个位置上数字相同,易出现的问题是分类混淆,漏掉各位数字信息均不同的情况,解决此类问题的关键是准确确定分类标准,分类计数时要做到不重不漏.【小试牛刀】用数字 0,1,2,3,4,5 组成没有重复数字的五位数,其中比 40000 大的偶数共有( )A144 个 B120 个 C96 个 D72 个【答案】B【解析】据题意,万位上只能排 4、5若万位上排 4,则有342A个;若万位上排 5,则有34A个所以共有342A34210个选 B(五)摸球问题【例 5】 【浙江温州市十校联合体 2014 届高三上学期期初联考】将四个相同的红球和四个相同的黑球排成一排,然
16、后从左至右依次给它们赋以编号 l,2,8.则红球的编号之和小于黑球编号之和的排法有 种.【分析】注意到 4 个相同的红球没有区别,4 个相同的黑球也没有区别,先求出任意排放的排法 7048C,编号相等的结果必有四组,其中每组一黑球一白球的编号和为 9,则有 )8,1(, 72, )63(, 5四种,红黑互换编号就有 8 种,因为红球的编号之和小于黑球编号之和的排法和大于的排法一样,则红球的编号之和小于黑球编号 之和的排法有312670种.【解析】依题意,任意排放的排法 7048C,红球编号与黑球编号相等的情况有 )8,1(, 72, )63(, 54四种,红黑互换编号就是 8 种,所以红球的编
17、号之和小于黑球编号之和的排法有0种.7【点评】要搞清组合与排列的区别与联系:组合与顺序无关,排列与顺序有关;排列可以分成先选取(组合)后排列两个步骤进行【小试牛刀】四个不同的小球放入编号为 1,2,3 的三个盒子中,则恰有一个空盒的放法共有 种(用数字作答) 【答案】42【解析】根据题意,分 2 步进行分析,、先在编号为 1,2,3 的三个盒子中,取出 2 个盒子,有23C种取法,、将 4 个小球放进取出的 2 个盒子中,每个小球有 2 种放法,则 4 个小球一共有 2222=24种,其中有 1 个空盒,即 4 个小球都放进其中 1 个盒子的情况有 2 种; 则将 4 个小球放进取出的 2 个
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