第2课时 分类加法计数原理与分步乘法计数原理的应用
1.进一步理解和掌握分类加法计数原理与分步乘法计数原理.(重点)
2.能根据具体问题的特征,选择两种计数原理解决一些实际问题.(难点)
[基础·初探]
教材整理 分类加法计数原理与分步乘法计数
原理的联系与区别
阅读教材P6例5~P10,完成下列问题.
1.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进行仔细分析——需要分类还是需要分步.应用加法原理时,要注意“类”与“类”之间的独立性和并列性,各类中的每个方法都能独立的将这件事情完成;应用乘法原理时,要注意“步”与“步”之间是连续的,做一件事需分成若干个互相联系的步骤,所用步骤依次相继完成,这件事才算完成.
2.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.
3.分步要做到步骤完整,步与步之间要相互独立,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.
1.由1,2,3,4组成没有重复数字的三位数的个数为_____________________.
【解析】 由题意知可以组成没有重复数字的三位数的个数为4×3×2=24.
【答案】 24
2.(a1+a2+a3)(b1+b2+b3)(c1+c2+c3+c4)展开后共有________项.
【解析】 该展开式中每一项的因式分别来自a1+a2+a3,b1+b2+b3,c1+c2+c3+c4中的各一项.由a1,a2,a3中取一项共3种取法,从b1,b2,b3中取一项有3种不同取法,从c1,c2,c3,c4中任取一项共4种不同的取法.由分步乘法计数原理知,该展开式共3×3×4=36(项).【答案】 36
3.5名班委进行分工,其中A不适合当班长,B只适合当学习委员,则不同的分工方案种数为________.
【解析】 根据题意,B只适合当学习委员,有1种情况,A不适合当班长,也不能当学习委员,有3种安排方法,剩余的3人担任剩余的工作,有3×2×1=6种情况,由分步乘法计数原理,可得共有1×3×6=18种分工方案.
【答案】 18
4.某电话局的电话号码为1395305××××,若最后四位数字是由6或8组成的,则这样的电话号码一共有________个.【解析】 采用分步计数的方法,四位数字由6或8组成,可分四步完成,每一步有两种方法,根据分步乘法计数原理有2×2×2×2=24=16个.
【答案】 16
[小组合作型]
抽取(分配)问题
(1)高三年级的三个班到甲、乙、丙、丁四个工厂进行社会实践,其中工厂甲必须有班级去,每班去何工厂可自由选择,则不同的分配方案有( )
A.16种
B.18种C.37种
D.48种
(2)甲、乙、丙、丁四人各写一张贺卡,放在一起,再各取一张不是自己的贺卡,则不同取法的种数有________.
【精彩点拨】 (1)由于去甲工厂的班级分配情况较多,而其对立面较少,可考虑间接法求解.
(2)先让一人去抽,然后再让被抽到贺卡所写人去抽.
【自主解答】 (1)高三年级的三个班到甲、乙、丙、丁四个工厂进行社会实践有43种不同的分配方案,若三个班都不去工厂甲则有33种不同的分配方案.则满足条件的不同的分配方案有43-33=37(种).故选C.
(2)不妨由甲先来取,共3种取法,而甲取到谁的将由谁在甲取后第二个来取,共3种取法,余下来的人,都只有1种选择,所以不同取法共有3×3×1×1=9(种).
【答案】 (1)C (2)9
求解抽取(分配)问题的方法
1.当涉及对象数目不大时,一般选用枚举法、树状图法、框图法或者图表法.
2.当涉及对象数目很大时,一般有两种方法:①直接法:直接使用分类加法计数原理或分步乘法计数原理.②间接法:去掉限制条件,计算所有的抽取方法数,然后减去所有不符合条件的抽取方法数即可.
[再练一题]
1.3个不同的小球放入5个不同的盒子,每个盒子至多放一个小球,共有多少种方法?
【解】 法一 (以小球为研究对象)分三步来完成:
第一步:放第一个小球有5种选择;
第二步:放第二个小球有4种选择;
第三步:放第三个小球有3种选择.
根据分步乘法计数原理得:
共有方法数N=5×4×3=60.
法二 (以盒子为研究对象)盒子标上序号1,2,3,4,5,分成以下10类:
第一类:空盒子标号为(1,2):选法有3×2×1=6(种);
第二类:空盒子标号为(1,3):选法有3×2×1=6(种);
第三类:空盒子标号为(1,4):选法有3×2×1=6(种);
分类还有以下几种情况:空盒子标号分别为(1,5),(2,3),(2,4),(2,5),(3,4),(3,5),(4,5),共10类,每一类都有6种方法.
根据分类加法计数原理得,共有方法数N=6+6+…+6=60(种).
组数问题
用0,1,2,3,4这五个数字可以组成多少个无重复数字的:(1)四位密码?(2)四位数?(3)四位奇数?
【精彩点拔】 (1)利用分步乘法计数原理;(2)数字“0”不能排在首位,先排首位,再用分步乘法计数原理;(3)注意到个位只能是“1或3”,首位不能是“0”,然后利用分步乘法计数原理计算.
【自主解答】 (1)完成“组成无重复数字的四位密码”这件事,可以分为四步:
第一步,选取左边第一个位置上的数字,有5种选取方法;第二步,选取左边第二个位置上的数字,有4种选取方法;第三步,选取左边第三个位置上的数字,有3种选取方法;第四步,选取左边第四个位置上的数字,有2种选取方法.
由分步乘法计数原理,可以组成不同的四位密码共有N=5×4×3×2=120个.
(2)直接法:完成“组成无重复数字的四位数”这件事,可以分四步:
第一步,从1,2,3,4中选取一个数字作千位数字,有4种不同的选取方法;第二步,从1,2,3,4中剩余的三个数字和0共四个数字中选取一个数字作百位数字,有4种不同的选取方法;第三步,从剩余的三个数字中选取一个数字作十位数字,有3种不同的选取方法;第四步,从剩余的两个数字中选取一个数字作个位数字,有2种不同的选取方法.
由分步乘法计数原理,可以组成不同的四位数共有N=4×4×3×2=96个.
间接法:将5个数字不重复排在4个位置上有5×4×3×2=120种排法,其中不合要求的有4×3×2=24种排法.所以排成无重复数字的四位数为120-24=96个.
(3)完成“组成无重复数字的四位奇数”这件事,可以分四步:第一步,定个位,只能从1,3中任取一个有2种方法;第二步,定首位,把1,2,3,4中除去用过的一个还有3个可任取一个有3种方法;第三步,第四步把剩下的包括0在内的还有3个数字先排百位有3种方法,再排十位有2种方法.
由分步乘法计数原理共有2×3×3×2=36个.
1.对于组数问题,一般按特殊位置(一般是末位和首位)由谁占领分类,分类中再按特殊位置(或者特殊元素)优先的方法分步完成;如果正面分类较多,可采用间接法从反面求解.
2.解决组数问题,应特别注意其限制条件,有些条件是隐藏的,要善于挖掘.排数时,要注意特殊元素、特殊位置优先的原则.
[再练一题]
2.由0,1,2,3这四个数字,可组成多少个:
(1)无重复数字的三位数?
(2)可以有重复数字的三位数?
【解】 (1)0不能做百位数字,所以百位数字有3种选择,十位数字有3种选择,个位数字有2种选择,所以无重复数字的三位数共有3×3×2=18(个).
(2)百位数字有3种选择,十位数字有4种选择,个位数字也有4种选择.
由分步乘法计数原理知,可以有重复数字的三位数共有3×4×4=48(个).
[探究共研型]
涂色问题
探究1 用3种不同颜色填涂图中A,B,C,D四个区域,且使相邻区域不同色,若按从左到右依次涂色,有多少种不同的涂色方案?
A
B
C
D
图1 1 1【提示】 涂A区有3种涂法,B,C,D区域各有2种不同的涂法,由分步乘法计数原理将A,B,C,D四个区域涂色共有3×2×2×2=24(种)不同方案.
探究2 在探究1中,若恰好用3种不同颜色涂A,B,C,D四个区域,那么哪些区域必同色?把四个区域涂色,共有多少种不同的涂色方案?
【提示】 恰用3种不同颜色涂四个区域,则A,C区域,或A,D区域,或B,D区域必同色.由加法计数原理可得恰用3种不同颜色涂四个区域共3×2×1+3×2×1+3×2×1=18(种)不同的方案.
探究3 在探究1中,若恰好用2种不同颜色涂完四个区域,则哪些区域必同色?共有多少种不同的涂色方案?
【提示】 若恰好用2种不同颜色涂四个区域,则A,C区域必同色,且B、D区域必同色.先从3种不同颜色中任取两种颜色,共3种不同的取法,然后用所取的2种颜色涂四个区域共2种不同的涂法.由分步乘法计数原理可得恰好用2种不同颜色涂四个区域共有3×2=6(种)不同的涂色方案. 将红、黄、绿、黑四种不同的颜色涂在如图1 1 2所示的图中,要求相邻的两个区域的颜色都不相同,则有多少种不同的涂色方法?
图1 1 2
【精彩点拨】 给图中区域标上记号A,B,C,D,E,则A区域有4种不同的涂色方法,B区域有3种,C区域有2种,D区域有2种,但E区域的涂色取决于B与D涂的颜色,如果B与D颜色相同有2种,如果不相同,那么只有1种.因此应先分类后分步.
【自主解答】 法一:给图中区域标上记号A,B,C,D,E,如图所示.
①当B与D同色时,有4×3×2×1×2=48种.
②当B与D不同色时,有4×3×2×1×1=24种.
故共有48+24=72种不同的涂色方法.
法二:按涂色时所用颜色种数多少分类:第一类,用4种颜色.此时B,D区域或A,E区域同色,则共有2×4×3×2×1=48种不同涂法.
第二类,用3种颜色.此时B,D同色,A,E同色,先从4种颜色中取3种,再涂色,共4×3×2×1=24种不同涂法.
由分类加法计数原理共48+24=72种不同涂法.
求解涂色(种植)问题一般是直接利用两个计数原理求解,常用方法有:
(1)按区域的不同以区域为主分步计数,用分步乘法计数原理分析;
(2)以颜色(种植作物)为主分类讨论,适用于“区域、点、线段”问题,用分类加法计数原理分析;
(3)对于涂色问题将空间问题平面化,转化为平面区域涂色问题.
[再练一题]
3.现有4种不同的颜色要对如图1 1 3所示的四个部分进行着色,要求有公共边界的两块不能用同一种颜色,则不同的着色方法共有________种.
图1-1-3
【解析】 按A→B→C→D顺序分四步涂色,共4×3×2×2=48种不同的着色方法.
【答案】 48
1.定义集合A与B的运算A?B如下:A?B={(x,y)|x∈A,y∈B},若A={a,b,c},B={a,c,d,e},则集合A?B的元素个数为( )
A.34
B.43
C.12
D.16
【解析】 确定A?B中元素(x,y),可分为两步,第一步,确定x,共有3种方法;第二步,确定y,有4种方法,根据分步乘法计数原理,共有3×4=12种不同的方法.
【答案】 C
2.某年级要从3名男生,2名女生中选派3人参加某次社区服务,如果要求至少有1名女生,那么不同的选派方案有( )
A.6种
B.7种
C.8种
D.9种
【解析】 可按女生人数分类:若选派一名女生,有2×3=6种;若选派2名女生,则有3种.由分类加法计数原理,共有9种不同的选派方法.
【答案】 D
3.3名学生报名参加篮球、足球、排球、计算机课外兴趣小组,每人选报一门,则不同的报名方案有________种.
【解析】 每名同学都有4种不同的报名方案,共有4×4×4=64种不同的方法.
【答案】 64
4.甲、乙、丙3个班各有三好学生3,5,2名,现准备推选2名来自不同班的三好学生去参加校三好学生代表大会,共有________种不同的推选方法.
【解析】 分为三类:
第一类,甲班选一名,乙班选一名,根据分步乘法计数原理有3×5=15种选法;
第二类,甲班选一名,丙班选一名,根据分步乘法计数原理有3×2=6种选法;
第三类,乙班选一名,丙班选一名,根据分步乘法计数原理有5×2=10种选法.
根据分类加法计数原理,共有15+6+10=31种不同选法.
【答案】 31
5.
用6种不同颜色的彩色粉笔写黑板报,板报设计如图1 1 4所示,要求相邻区域不能用同一种颜色的彩色粉笔.问:该板报有多少种书写方案?
图1 1 4
【解】 第一步,选英语角用的彩色粉笔,有6种不同的选法;第二步,选语文学苑用的彩色粉笔,不能与英语角用的颜色相同,有5种不同的选法;第三步,选理综视界用的彩色粉笔,与英语角和语文学苑用的颜色都不能相同,有4种不同的选法;第四步,选数学天地用的彩色粉笔,只需与理综视界的颜色不同即可,有5种不同的选法,共有6×5×4×5=600种不同的书写方案.