第2课时 组合中的综合问题
学习目标
1.能用组合知识求解具有限制条件的问题. 2.能用排列与组合解决与几何有关的问题、分组分配等问题.
eq \o(\s\up7( INCLUDEPICTURE "新知学习探究LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "新知学习探究LLL.TIF" \* MERGEFORMAT ),\s\do5( ))
一 有限制条件的组合问题
INCLUDEPICTURE "例1LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例1LLL.TIF" \* MERGEFORMAT (对接教材例7)课外活动小组共13人,其中男生8人,女生5人,并且男、女生各有一名队长,现从中选5人主持某项活动,依下列条件各有多少种选法?
(1)至少有一名队长当选;
(2)至多有两名女生当选;
(3)既要有队长,又要有女生当选.
【解】 (1)方法一:至少有一名队长含有两种情况:有一名队长和两名队长,故共有C·C+C·C=825(种).
方法二:采用排除法有C-C=825(种).
(2)至多有两名女生含有三种情况:有两名女生、只有一名女生、没有女生,故共有C·C+C·C+C=966(种).
(3)分两种情况:
第一类:女队长当选,有C种;
第二类:女队长不当选,男队长当选,有C·C+C·C+C·C+C种.
故共有C+C·C+C·C+C·C+C=790(种).
【变式探究】
1.(设问变式)在本例条件下,男队长必须当选且女生多于男生有多少种选法?
解:分两类情况:
第一类,女生3人男生2人(含男队长),有CC=70(种),
第二类,女生4人男生1人(男队长)有C=5(种),
所以男队长必须当选且女生多于男生有70+5=75种选法.
2.(设问变式)在本例条件下,至多有1名队长被选上的方法有多少种?
解:分两类情况:
第一类:没有队长被选上,从除去两名队长之外的11名学生中选取5人,有C=462(种).
第二类:一名队长被选上,分女队长被选上和男队长被选上,不同的选法有C+C=660(种).
所以至多有1名队长被选上的方法有462+660=1 122(种).
INCLUDEPICTURE "解题技法LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "解题技法LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
有限制条件的组合问题的解题策略
有限制条件的抽(选)取问题,主要有两类:
(1)“含”与“不含”问题,其解法常用直接分步法,即“含”的先取出,“不含”的可把所指元素去掉再取,分步计数.
(2)“至多”“至少”问题,其解法常有两种思路:一是直接分类法,注意分类要不重不漏;二是间接法,注意找准对立面,确保不重不漏.
[跟踪训练1] 一个口袋中有大小相同且编有不同的号码的8个白球和5个彩球.
(1)若一次取2个球,至少有一个白球的取法有多少种?
(2)若一次取出颜色不全相同的3个球,有多少种取法?
解:(1)若一次取2个球,至少有一个白球有两种可能:“两个都是白球”或“一个白球一个彩球”,故不同的取法有C+CC=28+40=68(种).
(2)若一次取出颜色不全相同的3个球,有两种可能:“两个白球一个彩球”或“一个白球两个彩球”,故不同的取法有CC+CC=140+80=220(种).
二 与几何图形有关的组合问题
INCLUDEPICTURE "例2LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例2LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 如图,在∠AOB的两边OA,OB上分别有5个点和6个点(都不同于点O),这连同点O在内的12个点可以确定多少个不同的三角形?
INCLUDEPICTURE "HK17.TIF" INCLUDEPICTURE "HK17.TIF" \* MERGEFORMAT
【解】 当取到点O时,在OA,OB上各取一点(与点O不同),有CC=30(个);
当不取到点O时,第1类:从OB上取两点(与点O不同),在OA上取一个点(与点O不同),有CC=75(个);第2类:从OA上取两点(与点O不同),在OB上取一个点(与点O不同),有CC=60(个).
所以这连同点O在内的12个点可以确定的不同的三角形共有30+75+60=165(个).
INCLUDEPICTURE "解题技法LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "解题技法LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
与几何图形有关的组合问题的解题策略
(1)几何图形组合问题主要考查组合的知识和空间想象能力,题目多以立体几何中的点、线、面的位置关系为背景.这类问题情境新颖,多个知识点交汇在一起,综合性强.
(2)求解几何图形组合问题的思考方法与一般的组合问题基本一样,只要把图形的限制条件视为组合问题的限制条件即可.
(3)计算时可用直接法,也可用间接法,要注意在限制条件较多的情况下,需要分类计算符合题意的组合数.
[跟踪训练2] 圆上有12个不同的点.
(1)过每两点画一条弦,一共可以画多少条不同的弦?
(2)过每三点画一个圆内接三角形,一共可以画多少个圆内接三角形?
解:(1)从12个不同的点任选两点可画一条弦,
所以共画出C=66条不同的弦.
(2)因为不共线的三点确定一个三角形,
所以从圆上12个不同的点任选三点可画一个三角形,
所以共画出C=220个圆内接三角形.
三 分组、分配问题
INCLUDEPICTURE "例3LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例3LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 有6本不同的书,按下列分配方式分配,则共有多少种不同的分配方式?
(1)分成三组,每组分别有1本,2本,3本;
(2)分给甲、乙、丙三人,其中一个人1本,一个人2本,一个人3本;
(3)分成三组,每组都是2本;
(4)分给甲、乙、丙三人,每人2本.
【解】 (1)分三步:先选一本有C种选法,再从余下的5本中选两本有C种选法,最后余下的三本全选有C种选法.由分步乘法计数原理知,分配方式共有CCC=60(种).
(2)由于甲、乙、丙是不同的三个人,在(1)问的基础上,还应考虑再分配问题,因此分配方式共有CCCA=360(种).
(3)先分三组,有CCC种分法,但是这里面出现了重复,不妨记六本书为A,B,C,D,E,F,若第一组取了A,B,第二组取了C,D,第三组取了E,F,则该种方法记为(AB,CD,EF),但CCC种分法中还有(AB,EF,CD),(CD,AB,EF),(CD,EF,AB),(EF,CD,AB),(EF,AB,CD),共A种情况,而这A种情况只能作为一种分法,故分配方式有 eq \f(CCC,A) =15(种).
(4)方法一:在(3)的基础上再分配即可,共有分配方式 eq \f(CCC,A) ·A=90(种).
方法二:甲、乙、丙三人,每人2本,可分三步,依次让甲、乙、丙三人选两本,共有CCC=90(种).
INCLUDEPICTURE "解题技法LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "解题技法LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
“分组”与“分配”问题的解题策略
(1)分组问题属于“组合”问题,常见的分组问题有三种:
①完全均匀分组,每组的元素个数均相等,均匀分成n组,最后必须除以n!;
②部分均匀分组,应注意不要重复,有n组均匀,最后必须除以n!;
③完全非均匀分组,这种分组不考虑重复现象.
(2)分配问题属于“排列”问题,分配问题可以按要求逐个分配,也可以分组后再分配.
[跟踪训练3] (1)将5个不同的球放入4个不同的盒子中,每个盒子至少放一个球,则不同的放法共有( )
A.480种 B.360种
C.240种 D.120种
解析:选C.方法一:第一步,先从4个盒子中选1个盒子准备装2个球,有4种选法;第二步,从5个球里选出2个球放到选出的盒子里,有C种放法;第三步,把剩下的3个球放入剩下的3个盒子中,有A种放法.由分步乘法计数原理得不同的放法共有4CA=240(种).故选C.
方法二:由题意知,有且仅有1个盒子有2个球.第一步:从5个球中选出2个球有C种选法;第二步:将余下的3个球与捆绑在一起的2个球放入4个盒子中有A种放法.故不同的放法共有CA=240(种).故选C.
(2)(多选)有6本不同的书,按下列方式进行分配,其中分配种数正确的是( )
A.分给甲、乙两人,每人各3本,有20种分法
B.分给甲、乙、丙三人,其中一人4本,另两人各1本,有90种分法
C.分给甲、乙每人各2本,分给丙、丁每人各1本,有180种分法
D.分给甲、乙、丙、丁四人,有两人各2本,另两人各1本,有2 160种分法
解析:选ABC.对于A,先从6本书中分给甲3本,有C种方法;再从其余的3本书中分给乙3本,有C种方法,所以不同的分配方法有CC=20(种),A正确;对于B,先把6本书分成3组:4本、1本、1本,有C种方法;再分给甲、乙、丙三人,所以不同的分配方法有CA=90(种),B正确;对于C,先把6本不同的书分成4组:2本、2本、1本、1本,有 eq \f(CC,2!) · eq \f(CC,2!) 种方法;再将2组每组2本的分给甲、乙两人,2组每组1本的分给丙、丁两人,所以不同的分配方法有 eq \f(CC,2!) · eq \f(CC,2!) ·A·A=180(种),C正确;对于D,先把6本不同的书分成4组:2本、2本、1本、1本,有 eq \f(CC,2!) · eq \f(CC,2!) 种方法;再分给甲、乙、丙、丁四人,所以不同的分配方法有 eq \f(CC,2!) · eq \f(CC,2!) ·A=1 080(种),D错误.故选ABC.
eq \o(\s\up7( INCLUDEPICTURE "课堂巩固自测LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "课堂巩固自测LLL.TIF" \* MERGEFORMAT ),\s\do5( ))
1.(教材P27T13改编)从5名男生和4名女生中选4人参加一项创新大赛,恰好3名男生与女生甲参加大赛的方法有( )
A.6种 B.10种
C.15种 D.16种
解析:选B.根据题意,从5名男生选3人有C=10种选法,女生甲的选法就1种,所以恰好3名男生与女生甲参加大赛的方法有10×1=10(种).故选B.
2.(多选)将甲、乙、丙、丁4名志愿者分别安排到A,B,C三个社区进行暑期社会实践活动,要求每个社区至少安排一名志愿者,则下列选项正确的是( )
A.共有18种安排方法
B.若甲、乙被安排在同社区,则有6种安排方法
C.若A社区需要2名志愿者,则有12种安排方法
D.若甲被安排在A社区,则有12种安排方法
解析:选BCD.对于A,4名志愿者先分为3组,再分配到3个社区,所以安排方法有CA=36(种),A错误;
对于B,甲、乙被安排在同社区,先从3个社区中选1个安排甲与乙,再把剩余2名志愿者分配到剩余2个社区,所以安排方法有CA=6(种),B正确;
对于C,A社区需要2名志愿者,所以先从4名志愿者中选择2名安排到A社区,再把剩余2名志愿者分配到剩余2个社区,所以安排方法有CA=12(种),C正确;
对于D,甲安排在A社区,分为两种情况,第一种为A社区安排了2名志愿者,所以从剩余3名志愿者中选择1个,分到A社区,再把剩余2名志愿者分配到剩余2个社区,安排方法有CA种;
第二种是A社区只安排了甲志愿者,此时剩余3名志愿者分为两组,再分配到剩余的2个社区中,此时安排方法有CA种,所以安排方法一共有CA+CA=12(种),D正确.故选BCD.
3.(教材P26T9改编)某班准备利用班会的时间举行一场小型的文娱活动,准备表演3个歌唱类节目和2个语言类节目,现要排出一个节目单,若前2个节目中必须要有语言类节目,则不同的排法有________种.
解析:若前2个节目都是语言类节目,此时后3个为歌唱类节目,有AA=12种情况;若前2个节目中恰有1个是语言类节目,有1个是歌唱类节目,则有CCA=12种情况,剩余的3个节目进行全排列,则有A=6种情况,则共有12×6=72种情况.
综上,有12+72=84种不同的排法.
答案:84
INCLUDEPICTURE "HK18.TIF" INCLUDEPICTURE "HK18.TIF" \* MERGEFORMAT
4.如图,在六边形ABCDEF的6个顶点和其对角线AD,BE,CF的交点P,Q,R中,如果过其中的每3个点作一个圆,共可作多少个圆?
解:由题意得共九个点,任取三个点有C=84种选法,而三点共线的有3C=12(种),故能确定84-12=72个圆.
INCLUDEPICTURE "课堂小结.TIF" INCLUDEPICTURE "课堂小结.TIF" \* MERGEFORMAT
1.已学习:(1)有限制条件的组合问题;(2)与几何图形有关的组合问题;(3)不同元素间分组、分配问题.
2.须贯通:(1)特殊元素优先考虑,正繁则反;(2)对于几何问题中的组合问题,应先明确图形中的点、线、面之间的关系,再将几何问题抽象成组合问题来解决;(3)分组问题属于“组合”问题,分配问题属于“排列”问题.
3.应注意:平均分组理解不到位,导致计数重复.