高中数学选择性必修第三册RJ·A--6.1 分类加法计数原理与分步乘法计数原理 课件（共27张ppt）

第六章
6.1
分类加法计数原理
与分步乘法计数原理
学习目标
1.通过实例，总结出分类加法计数原理、分步乘法计数原理.
2.了解分类加法计数原理、分步乘法计数原理及其意义.
3.能根据具体问题的特征，选择分类加法计数原理或分步乘法计数原理解决一些简单的实际问题.
核心素养：数学抽象、数学建模、数学运算.
新知学习
思考：用一个大写的英文字母或一个阿拉伯数字给教室里的一个座位编号，
总共能编出多少种不同的号码？
因为英文字母共有26个，阿拉伯数字共有10个，
所以总共可以编出 26+10＝36 种不同的号码.
探究：你能说一说这个问题的特征吗？
上述计数过程的基本环节是：
（1）确定分类标准，根据问题条件分为字母号码和数字号码两类；
（2）分别计算各类号码的个数；
（3）各类号码的个数相加，得出所有号码的个数.
新知讲解
一般地，有如下分类加法计数原理：
完成一件事有两类不同方案，
两类不同方案中的方法互不相同.
在第1类方案中有????种不同的方法，
在第2类方案中有????种不同的方法，
那么完成这件事共有 ????＝????+?????种不同的方法.
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提示：（1）分类加法计数原理中的“完成一件事有两类不同方案”，是指完成这件事的所有方案可以分为两类，即任何一类方案中的任何一种方法都可以完成任务，两类方案中没有相同的方法，且完成这件事的任何一种方法都在某一类方案中.
（2）分类时要根据问题的特点确定一个分类标准，即分类要按同一个标准，然后在这个标准下进行分类，一般地，标准不同，分类的结果也不同.
（3）分类时要注意满足一个基本要求：完成这件事的任何一种方法必须属于且只能属于某一类方案，即“不重不漏”，如下所示.
不重：任意不同类的两种方法是不同的方法；
不漏：每一种方法必属于其中一类.
典例剖析
例1 在填写高考志愿表时，一名高中毕业生了解到，A，B两所大学各有一些自己
感兴趣的强项专业，如下表.
A大学
B大学
生物学
数学
化学
会计学
医学
信息技术学
物理学
法学
工程学
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如果这名同学只能选一个专业，那么他共有多少种选择？
解：这名同学可以选择A，B两所大学中的一所.在A大学中有5种专业选择方法，在B大学中有4种专业选择方法.因为没有一个强项专业是两所大学共有的，所以根据分类加法计数原理，这名同学可能的专业选择种数为????＝5+4＝9.
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探究：如果完成一件事有三类不同方案，在第1类方案中有????1种不同的方法，在第2类方案中有????2种不同的方法，在第3类方案中有????3种不同的方法，那么完成这件事共有多少种不同的方法？
如果完成一件事情有????类不同方案，在每一类中都有若干种不同的方法，那么应当如何计数呢？
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有????1+????2+????3种方法.
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如果完成一件事有????类不同方案，在第1类方案中有????1种不同的方法，在第2类方案中有????2种不同的方法，在第3类方案中有????3种不同的方法， ??,在第????类方案中有????????种不同的方法，那么完成这件事共有????＝????1+????2+????3+??+???????? 种不同的方法？
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分类加法计数原理的推广
思考：用前6个大写英文字母和1~9这9个阿拉伯数字，以????1，????2，…，????9，????1，????2，… 的
方式给教室里的一个座位编号，总共能编出多少种不同的号码？
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这里要完成的事情仍然是“给一个座位编号”，但与前一问题的要求不同.在前一问题中，用26个英文字母中的任意一个或10个阿拉伯数字中的任意一个，都可以给出一个座位号码.但在这个问题中，号码必须由一个英文字母和一个作为下标的阿拉伯数字组成，即得到一个号码要经过先确定一个英文字母，后确定一个阿拉伯数字这样两个步骤.用右图所示的方法可以列出所有可能的号码.
也可以这样思考：
由于前6个英文字母中的任意一个都能与9个数字中的任意一个组成一个号码，而且它们互不相同，因此共有 6×9＝54 种不同的号码.
上图是解决计数问题常用的“树状图”.
你能用树状图列出所有可能的号码吗？
由树状图可知，共有6×9＝54种不同的号码.
新知讲解
一般地，有如下分步乘法计数原理：
完成一件事需要两个步骤，
无论第1步采用哪种方法，与之对应的第2步都有相同的方法数.
做第1步有????种不同的方法，
做第2步有????种不同的方法，
那么完成这件事共有 ????＝????×?????种不同的方法.
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提示：（1）分步乘法计数原理中的“完成一件事需要两个步骤”，是指完成这件事的任何一种方法都要分成两个步骤，任取一种方法，相继完成这两个步骤就能完成这件事，即各个步骤是相互依存的，每个步骤都要做完才能完成这件事.
（2）分步时，要根据问题的特点确定分步标准，标准不同，分成的步骤数也会不同.
（3）合理的步骤应当满足：①完成这件事情必须连续做完所有步骤，即分别从各个步骤中选一种完成该步骤的方法，将各步骤中所选方法依次完成就得到完成这件事情的一种方法；②完成任何一个步骤可选用的方法与其他步骤所选用的方法无关.
简而言之，就是应用分步乘法计数原理时要做到“步骤完整” .
典例剖析
例2 某班有男生30名、女生24名，从中任选男生和女生各1名代表班级参加比赛，
共有多少种不同的选法？
解：第1步，从30名男生中选出1人，有30种不同选法；第2步，从24名女生中选出1人，有24种不同选法.根据分步乘法计数原理，共有不同选法的种数为
????＝30×24＝720.
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分步乘法计数原理的推广
探究：如果完成一件事需要三个步骤，做第1步有????1种不同的方法，做第2步有????2种不同的
方法，做第3步有????3种不同的方法，那么完成这件事共有多少种不同的方法？

如果完成一件事情需要????个步骤，做每一步都有若干种不同的方法，那么应当如何计数呢？
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有????1×????2×????3种不同的方法.
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如果完成一件事情需要????个步骤，做第1步有????1种不同的方法，做第2步有????2种不同的方法，做第3步有????3种不同的方法，??，做第????步有????????种不同的方法，那么完成这件事共有
????＝????1×????2×????3??×???????? 种不同的方法.
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典例剖析
例3 书架的第1层放有4本不同的计算机书，第2层放有3本不同的文艺书，第3层放有2本不同的体育书.
（1）从书架上任取1本书，有多少种不同取法？
（2）从书架的第1层、第2层、第3层各取1本书，有多少种不同取法？
解：（1）从书架上任取1本书，有三类方案：第1类方案是从第1层取1本计算机书，有4种方法；
第2类方案是从第2层取1本文艺书，有3种方法；第3类方案是从第3层取1本体育书，有2种方法.
根据分类加法计数原理，不同取法的种数为????＝4+3+2＝9.
（2）从书架的第1层、第2层、第3层各取1本书，可以分三个步骤完成：第1步，从第1层取1本计算机书，有4种方法；第2步，从第2层取1本文艺书，有3种方法；第3步，从第3层取1本体育书，有2种方法.
根据分步乘法计数原理，不同取法的种数为????＝4×3×2＝24.
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例4 要从甲、乙、丙3幅不同的画中选出2幅，分别挂在左、右两边墙上的指定位置，
共有多少种不同的挂法？
解：从3幅画中选出2幅分别挂在左、右两边墙上，可以分两个步骤完成：
第1步，从3幅画中选1幅挂在左边墙上，有3种选法；
第2步，从剩下的2幅画中选1幅挂在右边墙上，有2种选法.
根据分步乘法计数原理，不同挂法的种数为N＝3×2＝6. 这6种挂法如图所示.
提示：分类加法计数原理和分步乘法计数原理，回答的都是有关做一件事的不同方法种数的问题.区别在于：分类加法计数原理针对的是“分类”问题，其中各种方法相互独立，用其中任何一种方法都可以做完这件事；分步乘法计数原理针对的是“分步”问题，各个步骤中的方法互相依存，只有每一个步骤都完成才算做完这件事.
例5 给程序模块命名，需要用3个字符，其中首字符要求用字母A~G或U~Z，后两个字符
要求用数字1~9，最多可以给多少个程序模块命名？
解：由分类加法计数原理，首字符不同选法的种数为7+6＝13.
后两个字符从1~9中选，因为数字可以重复，所以不同选法的种数都为9.
由分步乘法计数原理，不同名称的个数是13×9×9＝1 053，
即最多可以给1 053个程序模块命名.
例6 电子元件很容易实现电路的通与断、电位的高与低等两种状态，而这也是最容易控制的两种状态.因此计算机内部就采用了每一位只有0或1两种数字的记数法，即二进制.为了使计算机能够识别字符，需要对字符进行编码，每个字符可以用1个或多个字节来表示，其中字节是计算机中数据存储的最小计量单位，每个字节由8个二进制位构成.
（1）1个字节（8位）最多可以表示多少个不同的字符？
（2）计算机汉字国标码包含了6 763个汉字，一个汉字为一个字符，要对这些汉字进行
编码，每个汉字至少[5]要用多少个字节表示？
解：（1）用右图表示1个字节.
1个字节共有8位，每位上有2种选择.
根据分步乘法计数原理，1个字节最多可以表示不同
字符的个数是2×2×2×2×2×2×2×2＝28＝256.
（2）由（1）知，1个字节所能表示的不同字符不够6 763个，我们考虑2个字节能够表示多少个字符.前1个字节有256种不同的表示方法，后1个字节也有256种表示方法.根据分步乘法计数原理，2个字节可以表示不同字符的个数是256×256＝65 536.
这已经大于汉字国标码包含的汉字个数6 763.因此要对这些汉字进行编码，每个汉字至少要用2个字节表示.
例7 计算机编程人员在编写好程序以后需要对程序进行测试.程序员需要知道到底有多少条执行路径（程序从开始到结束的路线），以便知道需要提供多少个测试数据.一般地，一个程序模块由许多子模块组成.下图是一个具有许多执行路径的程序模块，它有多少条执行路径？
另外，为了减少测试时间，程序员需要设法减少测试次数.你能帮助程序员设计一个测试方法，以减少测试次数吗？
解：由分类加法计数原理，子模块1、子模块2、子模块3中的子路径条数共为18+45+28＝91；
子模块4、子模块5中的子路径条数共为38+43＝81.
又由分步乘法计数原理，整个模块的执行路径条数共为91×81＝7 371.
在实际测试中，程序员总是把每一个子模块看成一个黑箱，即通过只考察是否执行了正确的子模块的方式来测试整个模块.这样，他可以先分别单独测试5个模块，以考察每个子模块的工作是否正常.总共需要的测试次数为
18+45+28+38+43＝172.
再测试各个模块之间的信息交流是否正常，只需要测试程序第1步中的各个子模块和第2步中的各个子模块之间的信息交流是否正常，需要的测试次数为3×2＝6.
如果每个子模块都工作正常，并且各个子模块之间的信息交流也正常，那么整个程序模块就工作正常.这样，测试整个模块的次数就变为172+6＝178.
显然，178与7 371的差距是非常大的.
例8 通常，我国民用汽车号牌的编号由两部分组成：第一部分为用汉字表示的省、自治区、直辖市简称和用英文字母表示的发牌机关代号，第二部分为由阿拉伯数字和英文字母组成的序号，如图所示.
其中，序号的编码规则为：
（1）由10个阿拉伯数字和除O，I 之外的24个英文字母组成；
（2）最多只能有2个英文字母.
如果某地级市发牌机关采用5位序号编码，那么这个发牌机关最多能发放多少张汽车号牌？
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解：由号牌编号的组成可知，这个发牌机关所能发放的最多号牌数就是序号的个数.根据序号编码规则，5位序号可以分为三类：没有字母，有1个字母，有2个字母.
（1）当没有字母时，序号的每一位都是数字.确定一个序号可以分5个步骤，每一步都可以从10个数字中选1个，各有10种选法.根据分步乘法计数原理，这类号牌张数为
10×10×10×10×10＝100 000.
（2）当有1个字母时，这个字母可以分别在序号的第1位、第2位、第3位、第4位或第5位，这类序号可以分为五个子类.
当第1位是字母时，分5个步骤确定一个序号中的字母和数字：第1步，从24个字母中选1个放在第1位，有24种选法；第2~5步都是从10个数字中选1个放在相应的位置，各有10种选法.根据分步乘法计数原理，号牌张数为24×10×10×10×10＝240 000.
同样，其余四个子类号牌也各有240 000张.
根据分类加法计数原理，这类号牌张数一共为
240 000+240 000+240 000+240 000+240 000＝1 200 000.
（3）当有2个字母时，根据这2个字母在序号中的位置，可以将这类序号分为十个子类[6]：第1位和第2位，第1位和第3位，第1位和第4位，第1位和第5位，第2位和第3位，第2位和第4位，第2位和第5位，第3位和第4位，第3位和第5位，第4位和第5位.
当第1位和第2位是字母时，分5个步骤确定一个序号中的字母和数字：第1，2步都是从24个字母中选1个分别放在第1位、第2位，各有24种选法；第3~5步都是从10个数字中选1个放在相应的位置，各有10种选法.根据分步乘法计数原理，号牌张数为
24×24×10×10×10＝576 000.
同样，其余九个子类号牌也各有576 000张.
于是，这类号牌张数一共为576 000×10＝5 760 000.
综合（1）（2）（3），根据分类加法计数原理，这个发牌机关最多能发放的汽车号牌张数为
100 000+1 200 000+5 760 000＝7 060 000.
归纳总结：
用两个计数原理解决计数问题时，最重要的是在开始计算之前要仔细分析两点：
（1）要完成的“一件事”是什么；（2）需要分类还是需要分步.
分类要做到“不重不漏”.分类后再分别对每一类进行计数，最后用分类加法计数原理求和，得到总数.
分步要做到“步骤完整”，即完成了所有步骤，恰好完成任务.分步后再计算每一步的方法数，最后根据分步乘法计数原理，把完成每一步的方法数相乘，得到总数.
随堂小测
1.在某种信息传输过程中，用4个数字的一个排列（数字允许重复）表示一个信息，不同排列表示不同信息.若所用数字只有0和1，则首位是0的不同的信息个数为 （　　）
A.8　　B.10　　C.12　　D.16
A
2.在8张奖券中有一、二、三等奖各1张，其余5张无奖.将这8张奖券分配给4个人，每人2张，不同的获奖情况有　　　　种（用数字作答）.
60
3.某校开设物理、化学、生物、政治、历史、地理6门选修课，甲同学需从中选修3门，其中化学、生物两门中至少选修一门，则不同的选法种数为　　　　.（用数字填写答案）
4.从3名男生和4名女生中选出2人分别担任2项不同的社区活动服务者，要求男、女生各1人，那么不同的安排有　　　　种（用数字作答）.
16
24
课堂小结
分类加法计数原理
分步乘法计数原理
????＝????+?????
?
????＝????×?????
?
推广
推广
????＝????1+????2+????3+??+????????
?
????＝????1×????2×????3??×????????
?
谢 谢！