6.2排列与组合-【新教材】人教A版(2019)高中数学选择性必修第三册同步讲义(机构专用)Word

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名称 6.2排列与组合-【新教材】人教A版(2019)高中数学选择性必修第三册同步讲义(机构专用)Word
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文件大小 1.2MB
资源类型 教案
版本资源 人教A版(2019)
科目 数学
更新时间 2021-02-21 11:25:19

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文档简介

6.2 排列与组合

一、排列
1、排列数
从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素的所有___排列_____的个数,叫作从n个不同元素中取出m个元素的排列数
用符号表示为:A
2、排列相同的条件
两个排列相同,当且仅当两个排列的元素__完全相同______,且元素的___排列顺序_____也相同.
3、排列数的公式:,其中且
4、把n个不同的元素全部取出的一个排列,叫做n个元素的一个全排列,即:
也就是说,将n个不同的元素全部取出的排列数,等于正整数1到n的连乘积,叫做n的阶乘,用表示,即。规定:
5、排列数公式也可以写成:,其中且
二、组合
1、组合:从n个不同元素中取出个元素作为一组,叫做从n个不同元素中取出m个元素的一个组合
2、组合数:从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素的__所有组合______的个数,叫作从n个不同元素中取出m个元素的组合数,用符号表示为:
3、组合数公式:,其中且
规定:
4、组合数的性质:(1);(2)
题型一 排列概念
例1  判断下列问题是否为排列问题.
(1)北京、上海、天津三个民航站之间的直达航线的飞机票的价格(假设来回的票价相同);
(2)选2个小组分别去植树和种菜;
(3)选2个小组去种菜;
(4)选10人组成一个学习小组;
(5)选3个人分别担任班长、学习委员、生活委员;
(6)某班40名学生在假期相互通信.
【精彩点拨】 判断是否为排列问题关键是选出的元素在被安排时,是否与顺序有关.若与顺序有关,就是排列问题,否则就不是排列问题.
【自主解答】 (1)中票价只有三种,虽然机票是不同的,但票价是一样的,不存在顺序问题,所以不是排列问题.
(2)植树和种菜是不同的,存在顺序问题,属于排列问题.
(3)(4)不存在顺序问题,不属于排列问题.
(5)中每个人的职务不同,例如甲当班长或当学习委员是不同的,存在顺序问题,属于排列问题.
(6)A给B写信与B给A写信是不同的,所以存在着顺序问题,属于排列问题.所以在上述各题中(2)(5)(6)属于排列问题.
写出下列问题的所有排列.
(1)从1,2,3,4四个数字中任取两个数字组成两位数,共有多少个不同的两位数?
(2)写出从4个元素a,b,c,d中任取3个元素的所有排列.
【精彩点拨】 (1)直接列举数字.
(2)先画树形图,再结合树形图写出.
【自主解答】 (1)所有两位数是12,21,13,31,14,41,23,32,24,42,34,43,共有12个不同的两位数.
(2)由题意作树形图,如图.
故所有的排列为:abc,abd,acb,acd,adb,adc,bac,bad,bca,bcd,bda,bdc,cab,cad,cba,cbd,cda,cdb,dab,dac,dba,dbc,dca,dcb,共有24个
题型二 排列公式计算
例 2 (1)计算:;(2)证明:A-A=mA.
【精彩点拨】 第(1)题可直接运用排列数公式,也可采用阶乘式;第(2)题首先分析各项的关系,利用A=进行变形推导.
【自主解答】 (1)法一:===.
法二:====.
(2)∵A-A=-
=·
=·
=m·
=mA,
  ∴A-A =mA.
给出下列四个关系式:
① ② ③ ④
其中正确的个数为( )
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
【答案】C
【分析】
①根据阶乘公式判断.②根据排列数公式判断③根据排列数公式判断.④根据排列数公式判断.
【详解】
①因为,故正确.
②,故正确.
③,正确.
④因为,所以,故不正确.
故选:C
题型三 组合
例 3 判断下列各事件是排列问题还是组合问题.
(1)10支球队以单循环进行比赛(每两队比赛一次),这次比赛需要进行多少场次?
(2)10支球队以单循环进行比赛,这次比赛冠、亚军获得者有多少种可能?
(3)从10个人里选3个代表去开会,有多少种选法?
(4)从10个人里选出3个不同学科的课代表,有多少种选法?
【精彩点拨】 要确定是组合还是排列问题,只需确定取出的元素是否与顺序有关.
【自主解答】 (1)是组合问题,因为每两个队比赛一次并不需要考虑谁先谁后,没有顺序的区别.
(2)是排列问题,因为甲队得冠军、乙队得亚军与甲队得亚军、乙队得冠军是不一样的,是有顺序的区别.
(3)是组合问题,因为3个代表之间没有顺序的区别.
(4)是排列问题,因为3个人中,担任哪一科的课代表是有顺序的区别
甲、乙、丙、丁4支足球队举行单循环赛
(1)列出所有各场比赛的双方
(2)列出所有冠、亚军的可能情况
解答?解:(1)甲、乙、丙、丁4个足球队举行单循环赛,分别为(甲乙),(甲丙),(甲丁),(乙丙),(乙丁),(丙丁),
(2)所有冠亚军的可能有12种,
分别为(甲乙丙丁),(甲丙乙丁),(甲丁乙丙),
(乙甲丙丁),(乙丙甲丁),(乙丁甲丙),
(丙甲乙丁),(丙乙甲丁),(丙丁甲乙),
(丁甲乙丙),(丁乙甲丙),(丁丙甲乙)
题型四 组合公式计算
例 4 (1)式子可表示为(  )
A.A  B.C
C.101C D.101C
(2)求值:C+C.
【精彩点拨】 根据题目的特点,选择适当的组合数公式进行求值或证明.
【自主解答】 (1)分式的分母是100!,分子是101个连续自然数的乘积,最大的为n+100,最小的为n,

=101·
=101C.
【答案】 D
(2)由组合数定义知:
所以4≤n≤5,又因为n∈N+,
所以n=4或5.
当n=4时,C+C=C+C=5;
当n=5时,C+C=C+C=16.
(多选)下列等式中,成立的有( )
A. B.
C. D.
【答案】BCD
【分析】
根据排列数公式和组合数性质判断.
【详解】
,A错;
根据组合数性质知正确;
,D正确.
故选:BCD.
题型五 排列式应用
例 5 5名同学合影,其中3位男生,2位女生,站成了一排,要求3位男生不相邻的排法有( )
A.12种 B.10种 C.15种 D.9种
【答案】A
【分析】
首先排女生,再排男生,然后再根据插空法以及排列式即可求解.
【详解】
首先排女生,再排男生,然后再根据插空法可得:
.
故选:A
把1?2?3?4?5这五个数字组成无重复数字的五位数,并把它们按由小到大的顺序排成一个数列.
(1)45312是这个数列的第几项?
(2)这个数列的第71项是多少?
(3)求这个数列的各项和.
【答案】(1)第95项;(2)第71项是3开头的五位数中第二大的数;(3).
【分析】
(1)先考虑大于45312的数,分为两类:第一类5开头的五位数,第二类4开头的五位数,求出对应的个数,即可得出不大于45312的数的个数,进而可到结果;
(2)分别求出1开头的五位数,2开头的五位数,3开头的五位数,对应的个数总和为,进而可得出结果;
(3)根据个位,十位,百位,千位,万位上的数字的取值情况,分组求和,即可得出结果.
【详解】
(1)先考虑大于45312的数,分为以下两类:
第一类5开头的五位数有:
第二类4开头的五位数有:45321一个
∴不大于45312的数有:(个)
即45312是该数列中第95项.
(2)1开头的五位数有:
2开头的五位数有:
3开头的五位数有:
共有(个).
所以第71项是3开头的五位数中第二大的数,即35412.
(3)因为1,2,3,4,5各在万位上时都有个五位数,
所以万位数上的数字之和为
同理,它们在千位,百位,十位,个位上也都有个五位数,
所以这个数列的各项和为.
题型六 组合式应用
例 6 从3名男医生和5名女医生中,选派3人组成医疗小分队,要求男?女医生都有,则不同的选取方法种数为__________(用数字作答).
【答案】
【分析】
根据题意分为两类:2男1女和1男2女,结合分类计数原理和组合数的计算公式,即可求解.
【详解】
由题意,从3名男医生和5名女医生中,选派3人组成医疗小分队,要求男?女医生都有,
可分为两类:
第一类,若2男1女,共有种不同的选取方法;
第二类,若1男2女,共有种不同的选取方法,
由分类计数原理,可得不同的选取方法种数为种.
故答案为:.
从进入决赛的9名选手中决出2名一等奖,3名二等奖,4名三等奖,则可能的决赛结果共有________种.(用数字作答)
【答案】
【分析】
根据分步计数原理计算可得答案.
【详解】
第一步,决出三等奖,有种;
第二步,决出二等奖,有种;
第三步,决出一等奖,有种,
根据分步计数原理可得,共有种.
故答案为:
1、若,则( )
A.5 B.6 C.7 D.8
【答案】B
【分析】
根据排列数与组合数公式列方程计算即可.
【详解】
解:由得:,解得:或(舍去).
故选:B.
2、下列等式不正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】
根据排列组合数公式依次对选项,整理变形,分析可得答案.
【详解】
A,根据组合数公式,,A不正确;
B,,
故 B正确;
C,故 C正确;
D,故 D正确;
故选:.
3、若,则的值为( )
A.60 B.70 C.120 D.140
【答案】D
【分析】
先由可求出n,再代入式子即可求出.
【详解】
,解得或(舍去),
.
故选:D.
4、某校从5名同学中选择3人分别参加数学、物理、化学竞赛,则不同选法种数是( )
A.10 B.30 C.60 D.125
【答案】C
【分析】
先从5名同学中选择3人分别参加数学、物理、化学竞赛,再根据学科的不同排列求解.
【详解】
根据题意,某校从5名同学中选择3人分别参加数学、物理、化学竞赛,选出的3人有顺序的区别,
则有种选法;
故选:C.
5、某小组共有5名男同学,4名女同学现从该小组中选出3名同学分别到A,B,C三地进行社会调查,每地1名,若选出的同学中男女均有,则不同的安排方法有( )
A.70种 B.140种 C.840种 D.420种
【答案】D
【分析】
先按“男女”或“男女”选出名同学,再排到三个地方,由此计算出不同的方法数.
【详解】
如果按“男女”选出名同学,则方法数有种,
如果按“男女”选出名同学,则方法数有种,
再将选出的名同学安排到个地方,则总的方法数有种.
故选:D
6、三名男生和三名女生站成一排照相,男生甲与男生乙相邻,且三名女生中恰好有两名女生相邻,则不同的站法共有( )
A.72种 B.108种 C.36种 D.144种
【答案】D
【分析】
根据题意,利用捆绑法和插空法,再利用分布乘法原理,即可求出结果.
【详解】
解:先将男生甲与男生乙“捆绑”,有种方法,
再与另一个男生排列,则有种方法,
三名女生任选两名“捆绑”,有种方法,
再将两组女生插空,插入男生3个空位中,则有种方法,
利用分步乘法原理,共有种.
故选:D.
7、以长方体的任意三个顶点为顶点作三角形,从中随机取出2个三角形,则这2个三角形不共面的情兄有( )种
A.1480 B.1468 C.1516 D.1492
【答案】B
【分析】
根据平行六面体的几何特征,可以求出以平行六面体的任意三个顶点为顶点作三角形的总个数,及从中随机取出2个三角形的情况总数,再求出这两个三角形共面的情况数,即可得到这两个三角形不共面的情况数,即可得到答案.
【详解】
因为平行六面体的8个顶点任意三个均不共线,
故从8个顶点中任取三个均可构成一个三角形共有个三角形,
从中任选两个,共有种情况,
因为平行六面体有六个面,六个对角面,
从8个顶点中4点共面共有12种情况,
每个面的四个顶点共确定6个不同的三角形,
故任取出2个三角形,则这2个三角形不共面共有1540-12×6=1468种,
故选:B.
8、5个男同学和4个女同学站成一排
(1)4个女同学必须站在一起,有多少种不同的排法?
(2)任何两个女同学彼此不相邻,有多少种不同的排法?
(3)其中甲、乙两同学之间必须有3人,有多少种不同的排法?
(4)男生和女生相间排列方法有多少种?
【答案】(1);(2);(3);(4).
【分析】
(1)捆绑法求解即可;
(2)插空法求解即可;
(3)特殊位置法求解即可;
(4)插空法求解即可.
【详解】
(1)4个女同学必须站在一起,则视4位女生为以整体,
可得排法为;
(2)先排5个男同学,再插入女同学即可,所以排法为:

(3)根据题意可得排法为:;
(4)5个男生中间有4个空,插入女生即可,
故有排法.
9、现有本书和位同学,将书全部分给这三位同学.
(1)若本书完全相同,每个同学至少有一本书,共有多少种分法?
(2)若本书都不相同,共有多少种分法?
(3)若本书都不相同,每个同学至少有一本书,共有多少种分法?
【答案】(1)种;(2)种;(3)150种.
【分析】
(1)用挡板法求解;
(2)每本书都有三种分配方法,求幂便可得到答案;
(3)用分组分配问题的求解方法求解,①将本书分成组,②将分好的三组全排列,对应3名学生,由分步计数原理计算可得答案.
【详解】
解:(1)根据题意,若本书完全相同,将本书排成一排,中间有个空位可用,
在个空位中任选个,插入挡板,有种情况,
即有种不同的分法;
(2)根据题意,若本书都不相同,每本书可以分给人中任意1人,都有3种分法,
则5本不同的书有种;
(3)根据题意,分2步进行分析:
①将本书分成组,
若分成1、1、3的三组,有种分组方法,
若分成1、2、2的三组,有种分组方法,
则有种分组方法;
②将分好的三组全排列,对应名学生,有种情况,
则有种分法.
10、现有编号为,,,,,,的7个不同的小球.
(1)若将这些小球排成一排,且要求,,三个球相邻,则有多少种不同的排法?
(2)若将这些小球排成一排,要求球排在中间,且,,各不相邻,则有多少种不同的排法?
(3)若将这些小球排成一排,要求,,,四个球按从左到右排(可以相邻也可以不相邻),则有多少种不同的排法?
(4)若将这些小球放入甲,乙,丙三个不同的盒子,每个盒子至少一个球,至多3个球,则有多少种不同的放法?
【答案】(1);(2);(3);(4).
【分析】
(1)把,,三个球看成一个整体,利用捆绑法可求所有的排法总数;
(2)先排好,再就,,中哪些在的左侧,哪些在的右侧分类讨论后可求不同的排法总数;
(3)从7个位置中选出4个位置给,,,,再排余下元素,从而可得不同的排法总数;
(4)三个盒子所放的球数分别为或,就两类情形分别计数后可得不同的排法总数.
【详解】
(1)把,,三个球看成一个整体,则不同的排法总数为种.
(2)在正中间,所以的排法只有1种,
因为,,互不相邻,故,,三个球不可能在同在的左侧或右侧,
若,,有1个在的左侧,2个在的右侧,则不同的排法有,
同理可得若,,有2个在的左侧,2个在的右侧,不同的排法有,
故所求的不同排法总数为种.
(3)从7个位置中选出4个位置给,,,,且,,,四个球按从左到右排,共有排法种,再排余下元素,共有种,
故不同排法总数为种.
(4)三个盒子所放的球数分别为或,
若三个盒子所放的球数分别为,则不同排法共有,
若三个盒子所放的球数分别为,则不同排法共有,
故不同的排法总数为.