高中數(shù)學(xué)基礎(chǔ)05:排列、組合以及隔板法

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1、排列組合基本概述

排列組合是組合學(xué)最基本的概念。所謂排列,就是指從給定個(gè)數(shù)的元素中取出指定個(gè)數(shù)的元素進(jìn)行排序。組合則是指從給定個(gè)數(shù)的元素中僅僅取出指定個(gè)數(shù)的元素,不考慮排序。

排列組合的中心問(wèn)題是研究給定要求的排列和組合可能出現(xiàn)的情況總數(shù)。 排列組合與古典概率論關(guān)系密切。

2、基本計(jì)數(shù)原理

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3、排列

3.1 符號(hào)

A-Arrangement 排列數(shù)

3.2 定義

從n個(gè)不同元素中,任取m(m≤n,m與n均為自然數(shù),下同)個(gè)元素按照一定的順序排成一列,叫做從n個(gè)不同元素中取出m個(gè)元素的一個(gè)排列;從n個(gè)不同元素中取出m(m≤n)個(gè)元素的所有排列的個(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),用符號(hào) A(n,m)表示。

3.3 公式
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例子:6!=6x5x4x3x2x1

3.4 推導(dǎo)公式
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3.5理解例題
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4、組合

4.1 符號(hào)

C-Combination 組合數(shù)

4.2 定義

從n個(gè)不同元素中,任取m(m≤n)個(gè)元素并成一組,叫做從n個(gè)不同元素中取出m個(gè)元素的一個(gè)組合;從n個(gè)不同元素中取出m(m≤n)個(gè)元素的所有組合的個(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)。用符號(hào) C(n,m) 表示。

4.3 公式
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4.4 理解例子
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5、隔板法

4.1 概述

在組合數(shù)學(xué)中,隔板法(又叫插空法)是排列組合的推廣,主要用于解決不相鄰組合與追加排列。

4.2 定義

隔板法就是在n個(gè)元素間插入(b-1)個(gè)板,即把n個(gè)元素分成b組的方法。

4.3 問(wèn)題解析

例1將20個(gè)大小形狀完全相同的小球放入3個(gè)不同的盒子,允許有盒子為空,但球必須放完,有多少種不同的方法?
分析:本題中的小球大小形狀完全相同,故這些小球沒(méi)有區(qū)別,問(wèn)題等價(jià)于將小球分成三組,允許有若干組無(wú)元素,用隔板法.
解析:將20個(gè)小球分成三組需要兩塊隔板,因?yàn)樵试S有盒子為空,不符合隔板法的原理,那就人為的再加上3個(gè)小球,保證每個(gè)盒子都至少分到一個(gè)小球,那就符合隔板法的要求了(分完后,再在每組中各去掉一個(gè)小球,即滿足了題設(shè)的要求)。然后就變成待分小球總數(shù)為23個(gè),球中間有22個(gè)空檔,需要在這22個(gè)空檔里加入2個(gè)隔板來(lái)分隔為3份,共有C(22,2)=231種不同的方法.
點(diǎn)評(píng):對(duì)n件相同物品(或名額)分給m個(gè)人(或位置),允許若干個(gè)人(或位置)為空的問(wèn)題,可以看成將這n件物品分成m組,允許若干組為空的問(wèn)題.將n件物品分成m組,需要m-1塊隔板,將這n件物品和m-1塊隔板排成一排,占n+m-1位置,從這n+m-1個(gè)位置中選m-1個(gè)位置放隔板,因隔板無(wú)差別,故隔板之間無(wú)序,是組合問(wèn)題,故隔板有Cn+m-1 m-1種不同的方法,再將物品放入其余位置,因物品相同無(wú)差別,故物品之間無(wú)順序,是組合問(wèn)題,只有1種放法,根據(jù)分步計(jì)數(shù)原理,共有Cn+m-1 m-1×1=Cn+m-1 m-1種排法

4.4 水果分籃問(wèn)題

例2:有廣西橘子,煙臺(tái)蘋果,萊陽(yáng)梨若干,從中隨意取出四個(gè),問(wèn)共有多少種不同取法?
問(wèn)題等價(jià)于將四個(gè)水果放入三個(gè)不同的水果籃,且允許籃子為空,{這里是逆向思維邏輯}
將4+3=7個(gè)水果分為3個(gè)組,分組需2個(gè)隔板,隔板共有6個(gè)放置位置,
故有C(4+2, 2)個(gè)選擇,即15種。

4.5 物品問(wèn)題

例3將20個(gè)優(yōu)秀學(xué)生名額分給18個(gè)班,每班至少1個(gè)名額,有多少種不同的分配方法?
分析:本題是名額分配問(wèn)題,用隔板法.
解析:將20個(gè)名額分配給18個(gè)班,每班至少1個(gè)名額,相當(dāng)于將20個(gè)相同的小球分成18組,每組至少1個(gè),將20個(gè)相同的小球分成18組,需要17塊隔板,先將20個(gè)小球排成一排,因小球相同,故小球之間無(wú)順序,是組合,只有1種排法,再在20個(gè)小球之間的19個(gè)空檔中,選取17個(gè)位置放隔板,因隔板無(wú)差別,故隔板之間無(wú)序,是組合問(wèn)題,故隔板有C19 17種不同的放法,根據(jù)分步計(jì)數(shù)原理,共有C19 17種不同的方法,因17塊隔板將20個(gè)小球分成18組,從左到右可以看成每班所得的名額數(shù),每一種隔板與小球的排法對(duì)應(yīng)于一種分法,故有Cn-1 m-1種分法.
對(duì)相同物品分配問(wèn)題,注意某若干組能否為空,能為空和不能為不空,方法不同,要體會(huì)和掌握.
這里應(yīng)該考慮人的不相同性,對(duì)18組人進(jìn)行排列組合,結(jié)果應(yīng)該是C19 17 *18!

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