2019版高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第九章 計(jì)數(shù)原理與概率 第55講 排列與組合學(xué)案

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1、 第55講 排列與組合 考綱要求 考情分析 命題趨勢(shì) 1.理解排列、組合的概念. 2.能利用計(jì)數(shù)原理推導(dǎo)排列數(shù)公式、組合數(shù)公式. 3.能用排列與組合解決簡單的實(shí)際問題. 2017·全國卷Ⅱ,6 2017·浙江卷,16 2016·全國卷Ⅲ,12 2016·四川卷,4 兩個(gè)計(jì)數(shù)原理與排列、組合的綜合問題是高考的熱點(diǎn),以考查基本概念、基本方法(如“含”“不含”問題、相鄰問題、相間問題)為主,主要考查分類討論思想、轉(zhuǎn)化與化歸思想、補(bǔ)集思想和邏輯思維能力. 分值:5分 1.排列與組合的概念 名稱 定義 排列 從n個(gè)不同元素中取出m(m≤n)個(gè)元素 按照_

2、_一定的順序__排成一列 組合 合成一組 2.排列數(shù)與組合數(shù) (1)排列數(shù)的定義:從n個(gè)不同元素中取出m(m≤n)個(gè)元素的所有不同排列的個(gè)數(shù)叫做從n個(gè)不同元素中取出m個(gè)元素的排列數(shù),用__A__表示. (2)組合數(shù)的定義:從n個(gè)不同元素中取出m(m≤n)個(gè)元素的__所有不同組合__的個(gè)數(shù),叫做從n個(gè)不同元素中取出m個(gè)元素的組合數(shù),用__C__表示. 3.排列數(shù)、組合數(shù)的公式及性質(zhì) 公式 A=__n(n-1)(n-2)…(n-m+1)__=, C==____= 性質(zhì) 0?。絖_1__,A=__n!__, C=C,C=__C+C__ 1.思維辨析(在括號(hào)內(nèi)打“√”或“

3、×”). (1)所有元素完全相同的兩個(gè)排列為相同排列.( × ) (2)A=n(n-1)(n-2)×…×(n-m).( × ) (3)若組合式C=C,則x=m成立.( × ) (4)排列定義規(guī)定給出的n個(gè)元素各不相同,并且只研究被取出的元素也各不相同的情況.也就是說,如果某個(gè)元素已被取出,則這個(gè)元素就不再取了.( √ ) (5)C+C+C+…+C=C.( √ ) 2.用數(shù)字1,2,3,4,5組成的無重復(fù)數(shù)字的四位偶數(shù)的個(gè)數(shù)為( C ) A.8   B.24   C.48   D.120 解析 C×A=2×4×3×2=48. 3.A,B,C,D,E五人并排站成一排,如果B必須

4、在A的右側(cè)(A,B可以不相鄰),那么不同的排法共有( B ) A.24種   B.60種   C.90種   D.120種 解析 可先排C,D,E三人,共有A種,剩余A,B兩人只有一種排法.故滿足條件的排法共有A×1=60種. 4.方程3A=2A+6A的解為__5__. 解析 由排列數(shù)公式可知 3x(x-1)(x-2)=2(x+1)x+6x(x-1), ∵x≥3且x∈N,∴3(x-1)(x-2)=2(x+1)+6(x-1), 即3x2-17x+10=0,(3x-2)(x-5)=0,∴x=5. 5.已知-=,則C=__28__. 解析 由已知得m的取值范圍為{m|0≤m≤5

5、,m∈Z}, -=, 整理可得m2-23m+42=0,解得m=21(舍去)或m=2. 故C=C=28. 一 排列問題 (1)對(duì)于有限制條件的排列問題,分析問題時(shí)有位置分析法、元素分析法,在實(shí)際進(jìn)行排列時(shí)一般采用特殊元素優(yōu)先原則,即先安排有限制條件的元素或有限制條件的位置,對(duì)于分類過多的問題可以采用間接法. (2)對(duì)相鄰問題采用捆綁法、不相鄰問題采用插空法、定序問題采用倍縮法是解決有限制條件的排列問題的常用方法. 【例1】 (1)3名男生,4名女生,選其中5人排成一排,則有__2_520__種不同的排法. (2)將某大學(xué)4名大四學(xué)生安排到某城市的甲、乙、丙、丁四所中學(xué)

6、進(jìn)行教學(xué)實(shí)習(xí),要求每所學(xué)校都分一名學(xué)生,且學(xué)生A不分到甲校,則不同的實(shí)習(xí)安排方案共有__18__種. 解析 (1)問題即為從7個(gè)元素中選出5個(gè)全排出, 有A=2 520種排法. (2)先將A分配到乙校,再分配另外3個(gè)學(xué)生,有A種方法,同理可得,將A分配到丙丁各有A種,則共有3A=18(種). 二 組合問題 (1)“含有”或“不含有”某些元素的組合題型.“含”,則先將這些元素取出,再由另外元素補(bǔ)足;“不含”,則先將這些元素剔除,再從剩下的元素中去選?。? (2)“至少”或“最多”含有幾個(gè)元素的題型,考慮逆向思維,用間接法處理. 【例2】 (1)若從1,2,3,…,9這9個(gè)整數(shù)中同

7、時(shí)取4個(gè)不同的數(shù),其和為偶數(shù),則不同的取法的種數(shù)是( D ) A.60   B.63   C.65   D.66 (2)要從12人中選出5人去參加一項(xiàng)活動(dòng),A,B,C三人必須入選,則有__36__種不同選法. 解析 (1)因?yàn)?,2,3,…,9中共有4個(gè)不同的偶數(shù)和5個(gè)不同的奇數(shù),要使和為偶數(shù),則4個(gè)數(shù)全為奇數(shù),或全為偶數(shù),或2個(gè)奇數(shù)和2個(gè)偶數(shù),故有C+C+CC=66種不同的取法. (2)只需從A,B,C之外的9人中選擇2人,即有C=36種選法. 三 排列組合的綜合問題 利用先選后排法解決問題的三個(gè)步驟 【例3】 從0,1,2,3,4,5這六個(gè)數(shù)字中任取兩個(gè)奇數(shù)和兩個(gè)偶

8、數(shù),組成沒有重復(fù)數(shù)字的四位數(shù)的個(gè)數(shù)為( C ) A.300   B.216 C.180   D.162 解析 分兩類:第1類,不取0,即從1,2,3,4,5中任取兩個(gè)奇數(shù)和兩個(gè)偶數(shù),組成沒有重復(fù)數(shù)字的四位數(shù),根據(jù)分步乘法計(jì)數(shù)原理可知,共有CCA=72(個(gè))沒有重復(fù)數(shù)字的四位數(shù); 第2類,取0,此時(shí)2和4只能取一個(gè),再取兩個(gè)奇數(shù),組成沒有重復(fù)數(shù)字的四位數(shù),根據(jù)分步乘法計(jì)數(shù)原理可知,共有CC(A-A)=108(個(gè))沒有重復(fù)數(shù)字的四位數(shù).根據(jù)分類加法計(jì)數(shù)原理可知,滿足題意的四位數(shù)共有72+108=180(個(gè)). 四 分組分配問題 分組分配問題的處理策略 (1)不同元素的分配問題,往

9、往是先分組再分配,在分組時(shí),通常有三種類型:①不均勻分組;②均勻分組;③部分均勻分組,注意各種分組類型中,不同分組方法的差異. (2)對(duì)于相同元素的“分配”問題,常用的方法是采用“隔板法”. 【例4】 (1)(2017·全國卷Ⅱ)安排3名志愿者完成4項(xiàng)工作,每人至少完成1項(xiàng),每項(xiàng)工作由1人完成,則不同的安排方式共有( D ) A.12種   B.18種   C.24種   D.36種 (2)(2017·浙江卷)從6男2女共8名學(xué)生中選出隊(duì)長1人,副隊(duì)長1人,普通隊(duì)員2人組成4人服務(wù)隊(duì),要求服務(wù)隊(duì)中至少有1名女生,共有__660__種不同的選法(用數(shù)字作答). 解析 (1)因?yàn)榘才?

10、名志愿者完成4項(xiàng)工作,每人至少完成1項(xiàng),每項(xiàng)工作由1人完成,所以必有1人完成2項(xiàng)工作.先把4項(xiàng)工作分成3組,即2,1,1,有C=6種,再分配給3個(gè)人,有A=6種,所以不同的安排方式共有6×6=36(種). (2)分兩步,第一步,選出4人,由于至少1名女生,故有C-C=55種不同的選法;第二步,從4人中選出隊(duì)長、副隊(duì)長各1人,有A=12種不同的選法.根據(jù)分步乘法計(jì)算原理知共有55×12=660種不同的選法. 1.從0,1,2,3,4,5這6個(gè)數(shù)字中任意取4個(gè)數(shù)字組成一個(gè)沒有重復(fù)數(shù)字且能被3整除的四位數(shù),這樣的四位數(shù)有__96__個(gè). 解析 依題意,只需組成的四位數(shù)各位數(shù)字的和能被3整除

11、.將這6個(gè)數(shù)字按照被3除和余數(shù)分類,共分為3類:{0,3},{1,4},{2,5},若四位數(shù)含0,則另外3個(gè)數(shù)字分別為1,4之一,2,5之一,3,此時(shí)有CCCA=72種;若四位數(shù)不含0,則4個(gè)數(shù)字為1,2,4,5,此時(shí)有A=24種,由分類計(jì)數(shù)原理,這樣的四位數(shù)有72+24=96個(gè). 2.“漸升數(shù)”是指每個(gè)數(shù)字比它左邊的數(shù)字大的正整數(shù)(如1 458),若把四位“漸升數(shù)”按從小到大的順序排列,則第30個(gè)數(shù)為__1_359__. 解析 “漸升數(shù)”由小到大排列,形如的“漸升數(shù)”共有6+5+4+3+2+1=21個(gè); 形如的“漸升數(shù)”共有5個(gè); 形如的“漸升數(shù)”共有4個(gè),故此時(shí)共有21+5+4=3

12、0個(gè),因此按從小到大的順序排列的四位“漸升數(shù)”的第30個(gè)數(shù)為1 359. 3.由0,1,2,3,4,5這六個(gè)數(shù)字組成的無重復(fù)數(shù)字的自然數(shù),求: (1)有多少個(gè)含有2,3,但它們不相鄰的五位數(shù)? (2)有多少個(gè)數(shù)字1,2,3必須由大到小順序排列的六位數(shù)? 解析 (1)先不考慮0是否在首位,0,1,4,5先排三個(gè)位置,則有A個(gè),2,3去排四個(gè)空位,有A個(gè),即有AA個(gè); 而0在首位時(shí),有AA個(gè), 即有AA-AA=252個(gè)含有2,3,但它們不相鄰的五位數(shù). (2)在六個(gè)位置先排0,4,5,先不考慮0是否在首位,則有A個(gè),去掉0在首位,即有A-A個(gè),0,4,5三個(gè)元素排在六個(gè)位置上留下了三

13、個(gè)空位,1,2,3必須由大到小進(jìn)入相應(yīng)位置,并不能自由排列,所以有A-A=100個(gè)六位數(shù). 4.從1到9的9個(gè)數(shù)字中取3個(gè)偶數(shù)4個(gè)奇數(shù),試問: (1)能組成多少個(gè)沒有重復(fù)數(shù)字的七位數(shù)? (2)上述七位數(shù)中,3個(gè)偶數(shù)排在一起的有幾個(gè)? (3)(1)中的七位數(shù)中,偶數(shù)排在一起,奇數(shù)也排在一起的有幾個(gè)? 解析 (1)分三步完成:第一步,在4個(gè)偶數(shù)中取3個(gè),有C種情況;第二步,在5個(gè)奇數(shù)中取4個(gè),有C種情況;第三步,3個(gè)偶數(shù),4個(gè)奇數(shù)進(jìn)行排列,有A種情況.所以符合題意的七位數(shù)有CCA=100 800個(gè). (2)上述七位數(shù)中,3個(gè)偶數(shù)排在一起的有CCAA=14 400個(gè). (3)上述七位數(shù)

14、中,3個(gè)偶數(shù)排在一起,4個(gè)奇數(shù)也排在一起的有CCAAA=5 760個(gè). 易錯(cuò)點(diǎn) 錯(cuò)用“隔板法” 錯(cuò)因分析:①不熟悉“隔板”法所處理問題的兩個(gè)基本特點(diǎn):元素必須相同;必須保證每組至少1個(gè)元素.②當(dāng)問題不具備這些特點(diǎn)時(shí),不能完成轉(zhuǎn)化. 【例1】 (1)12個(gè)相同的小球放入編號(hào)為1,2,3,4的盒子中,問每個(gè)盒子中至少有一個(gè)小球的不同放法有多少種? (2)12個(gè)相同的小球放入編號(hào)為1,2,3,4的盒子中,要求每個(gè)盒子中的小球數(shù)不小于其編號(hào)數(shù),問不同的放法有多少種? (3)12個(gè)相同的小球放入編號(hào)為1,2,3,4的盒子中,每盒可空,問不同的放法有多少種? 解析 (1)將12個(gè)小球排

15、成一排,中間11個(gè)間隔,在這11個(gè)間隔中選出3個(gè),放上“隔板”,若記作“|”看作隔板,則如圖00|0000|0000|00隔板將一排球分成四塊,從左到右可以看成四個(gè)盒子放入的球數(shù),即上圖中1,2,3,4四個(gè)盒子相應(yīng)放入2個(gè),4個(gè),4個(gè),2個(gè)小球,這樣每一種隔板的插法就對(duì)應(yīng)了球的一種放法,即每一種從11個(gè)間隔中選出3個(gè)間隔的組合對(duì)應(yīng)于一種放法,所以不同放法有C=165種.即每盒至少有一個(gè)小球,有165種不同放法. (2)先將1個(gè),2個(gè),3個(gè)小球分別放在編號(hào)為2,3,4的盒子中,再將余下的6個(gè)小球分別放在四個(gè)盒子中,每個(gè)盒子至少一個(gè)小球,有C=10種放法. 所以放球數(shù)不小于編號(hào)數(shù)的放法總數(shù)為C

16、=10種. (3)因?yàn)槊亢锌煽?,所以隔板之間允許無球,那么插入法就無法應(yīng)用,現(xiàn)建立如下數(shù)學(xué)模型:添加4個(gè)球與原來的12個(gè)球排成一排,中間有15個(gè)間隔,從這15個(gè)間隔中選出3個(gè),放上“隔板”,有C個(gè)放法,隔成4組后,再將每組中去掉一個(gè)球即可,所以,允許空盒的放法有C=455(種). 【跟蹤訓(xùn)練1】 (2016·全國卷Ⅲ)定義“規(guī)范01數(shù)列”{an}如下:{an}共有2m項(xiàng),其中m項(xiàng)為0,m項(xiàng)為1,且對(duì)任意k≤2m,a1,a2,…,ak中0的個(gè)數(shù)不少于1的個(gè)數(shù),若m=4,則不同的“規(guī)范01數(shù)列”共有( C ) A.18個(gè)   B.16個(gè)   C.14個(gè)   D.12個(gè) 解析 當(dāng)m=4時(shí),

17、數(shù)列{an}共有8項(xiàng),其中4項(xiàng)為0,4項(xiàng)為1,要滿足對(duì)任意k≤8,a1,a2,…,ak中0的個(gè)數(shù)不少于1的個(gè)數(shù),則必有a1=0,a8=1,a2可為0,也可為1.(1)當(dāng)a2=0時(shí),分以下3種情況:①若a3=0,則a4,a5,a6,a7中任意一個(gè)為0均可,則有C=4種情況;②若a3=1,a4=0,則a5,a6,a7中任意一個(gè)為0均可,有C=3種情況;③若a3=1,a4=1,則a5必為0,a6,a7中任一個(gè)為0均可,有C=2種情況;(2)當(dāng)a2=1時(shí),必有a3=0,分以下2種情況:①若a4=0,則a5,a6,a7中任一個(gè)為0均可,有C=3種情況;②若a4=1,則a5必為0,a6,a7中任一個(gè)為0均

18、可,有C=2種情況.綜上所述,不同的“規(guī)范01數(shù)列”共有4+3+2+3+2=14個(gè),故選C. 課時(shí)達(dá)標(biāo) 第55講 [解密考綱]本考點(diǎn)考查用排列與組合的知識(shí)解決計(jì)數(shù)問題,一般以選擇題或填空題的形式出現(xiàn). 一、選擇題 1.在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的一項(xiàng)物理實(shí)驗(yàn)中,要先后實(shí)施6個(gè)程序,其中程序A只能出現(xiàn)在第一步或最后一步,程序B和C在實(shí)施時(shí)必須相鄰,則實(shí)驗(yàn)順序的編排方法共有( C ) A.34種   B.48種   C.96種   D.124種 解析 設(shè)6個(gè)程序分別是A,B,C,D,E,F(xiàn),A安排在第一步或最后一步,有A種方法.將B和C看作一個(gè)元素,它們自身之間有A種方法,與除A外的其他程序進(jìn)行全

19、排列,有A種方法,由分步計(jì)數(shù)原理得實(shí)驗(yàn)順序的編排方法共有AAA=96(種),故選C. 2.甲、乙等5位同學(xué)分別保送到北京大學(xué)、上海交通大學(xué)、中山大學(xué)這3所大學(xué)就讀,則每所大學(xué)至少保送1人的不同保送方法種數(shù)為( A ) A.150   B.180   C.240   D.540 解析 分為兩類,第一類為2+2+1,即有2所大學(xué)分別保送2名同學(xué),方法種數(shù)為C·C·=90,第二類為3+1+1,即有1所大學(xué)保送3名同學(xué),方法種數(shù)為C·A=60,故不同的保送方法種數(shù)為150,故選A. 3.在5×5的棋盤中,放入3顆黑子和2顆白子,它們均不在同一行且不在同一列,則不同的排列方法種數(shù)為( D )

20、 A.150   B.200   C.600   D.1 200 解析 首先放入3顆黑子,在5×5的棋盤中,選出三行三列,共CC種方法,然后放入3顆黑子,每一行放1顆黑子,共3×2×1種方法,然后在剩下的兩行兩列放2顆白子,所以不同的方法種數(shù)為CC×3×2×1×2×1=1 200,故選D. 4.市汽車牌照號(hào)碼可以上網(wǎng)自編,但規(guī)定從左到右第二個(gè)號(hào)碼只能從字母B,C,D中選擇,其他四個(gè)號(hào)碼可以從0~9這十個(gè)數(shù)字中選擇(數(shù)字可以重復(fù)),某車主第一個(gè)號(hào)碼(從左到右)只想在數(shù)字3,5,6,8,9中選擇,其他號(hào)碼只想在1,3,6,9中選擇,則他的車牌號(hào)碼可選的所有可能情況有( D ) A.180種

21、   B.360種 C.720種   D.960種 解析 按照車主的要求,從左到右第一個(gè)號(hào)碼有5種選法,第二個(gè)號(hào)碼有3種選法,其余三個(gè)號(hào)碼各有4種選法.因此車牌號(hào)碼可選的所有可能情況有5×3×4×4×4=960(種). 5.“住房”“醫(yī)療”“教育”“養(yǎng)老”“就業(yè)”成為現(xiàn)今社會(huì)關(guān)注的五個(gè)焦點(diǎn).小趙想利用國慶節(jié)假期調(diào)查一下社會(huì)對(duì)這些熱點(diǎn)的關(guān)注度.若小趙準(zhǔn)備按照順序分別調(diào)查其中的4個(gè)熱點(diǎn),則“住房”作為其中的一個(gè)調(diào)查熱點(diǎn),但不作為第一個(gè)調(diào)查熱點(diǎn)的種數(shù)為( D ) A.13   B.24   C.18   D.72 解析 可分三步:第一步,先從“醫(yī)療”“教育”“養(yǎng)老”“就業(yè)”這4個(gè)熱點(diǎn)中選

22、出3個(gè),有C種不同的選法;第二步,在調(diào)查時(shí),“住房”安排的順序有A種可能情況;第三步,其余3個(gè)熱點(diǎn)調(diào)查的順序有A種排法.根據(jù)分步乘法計(jì)數(shù)原理可得,不同調(diào)查順序的種數(shù)為CAA=72. 6.2017年某通訊公司推出一組手機(jī)卡號(hào)碼,卡號(hào)的前七位的數(shù)字固定,后四位數(shù)從“0000”到“9999”共10 000個(gè)號(hào)碼中選擇.公司規(guī)定:凡卡號(hào)的后四位恰帶有兩個(gè)數(shù)字“6”或恰帶有兩個(gè)數(shù)字“8”的一律作為“金雞卡”享受一定優(yōu)惠政策.例如后四位數(shù)為“2663”或“8685”,則為“金雞卡”,則這組號(hào)碼中“金雞卡”的張數(shù)為( C ) A.484   B.972   C.966   D.486 解析 ①當(dāng)后四

23、位數(shù)中有兩個(gè)“6”時(shí),“金雞卡”共C×9×9=486(張);②當(dāng)后四位數(shù)中有兩個(gè)“8”時(shí),“金雞卡”共有C×9×9=486(張).但這兩種情況都包含了后四位數(shù)是由兩個(gè)“6”和兩個(gè)“8”組成的這種情況,所以要減掉C=6(張),即“金雞卡”共有486×2-6=966(張). 二、填空題 7.4個(gè)不同的小球放入編號(hào)為1,2,3,4的4個(gè)盒中,則恰有1個(gè)空盒的放法共有__144__種(用數(shù)字作答). 解析 4個(gè)球分成3組,每組至少1個(gè),即分成小球個(gè)數(shù)分別為2,1,1的3組,有種,然后將3組球放入4個(gè)盒中的3個(gè),分配方法有A種,因此,方法共有×A=144(種). 8.?dāng)?shù)字1,2,3,4,5,6按

24、如圖形式隨機(jī)排列,設(shè)第一行的數(shù)為N1,其中N2,N3分別表示第二、三行中的最大數(shù),則滿足N1

25、鄰的情況,運(yùn)用插入法可得有AA=144種,而當(dāng)?shù)谒奈皇?的情況如圖所示,要使奇數(shù)不相鄰,偶數(shù)只能放在第2,5,6號(hào)位處,且5,6號(hào)位只能放一個(gè)偶數(shù),因此偶數(shù)的放法有2×2種,其余的奇數(shù)放在1,3,5(或6)號(hào)位處,共有A=6(種),共有2×2×6=24(種),因此符合題意的六位數(shù)共有144-24=120(個(gè)). 三、解答題 10.將7個(gè)相同的小球放入4個(gè)不同的盒子中. (1)不出現(xiàn)空盒時(shí)的放入方式共有多少種? (2)可出現(xiàn)空盒時(shí)的放入方式共有多少種? 解析 (1)將7個(gè)相同的小球排成一排,在中間形成的6個(gè)空當(dāng)中插入無區(qū)別的3個(gè)“隔板”將球分成4份,每一種插入隔板的方式對(duì)應(yīng)一種球的

26、放入方式,則共有C=20種不同的放入方式. (2)每種放入方式對(duì)應(yīng)于將7個(gè)相同的小球與3個(gè)相同的“隔板”進(jìn)行一次排列,即從10個(gè)位置中選3個(gè)位置安排隔板,故共有C=120(種)放入方式. 11.某班舉行的聯(lián)歡會(huì)由5個(gè)節(jié)目組成,演出順序有如下要求:節(jié)目甲必須和節(jié)目乙相鄰,且節(jié)目甲不能排在第一個(gè)和最后一個(gè),求該班聯(lián)歡會(huì)節(jié)目的演出順序的編排方案共有多少種? 解析 若乙排在第一個(gè)或最后一個(gè),則甲只能排在第二個(gè)或第四個(gè),此時(shí)有AA=12種不同編排方案;若乙排在第二個(gè)或第四個(gè),則甲只能排在第三個(gè),此時(shí)有AA=12種不同編排方案;若乙排在第三個(gè),則甲可能排在第二個(gè)或第四個(gè),此時(shí)有AA=12種不同編排方

27、案,故該班聯(lián)歡會(huì)節(jié)目的演出順序的編排方案共有36種. 12.用0,1,2,3,4,5,6構(gòu)成無重復(fù)數(shù)字的七位數(shù),其中: (1)能被25整除的數(shù)有多少個(gè)? (2)設(shè)x,y,z分別表示個(gè)位、十位、百位上的數(shù)字,滿足x

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