第2课时 组合的应用
[目标] 1.理解组合的概念,会利用组合数公式解决组合问题.2.能够解决组合、排列的综合问题.
[重点] 1.求解组合的应用问题.2.求解排列与组合的综合应用题.
[难点] 排列与组合的综合应用.
知识点 组合的实际应用
[填一填]
1.无限制条件的组合问题
无约束条件的组合问题,只需按照组合的定义,直接列出组合数即可,注意分清元素的总个数及取出元素的个数.有时还需分清完成一件事是需要分类还是分步.
2.有限制条件的组合问题
解答有限制条件的组合应用题的基本方法是“直接法”和“间接法(排除法)”.
(1)用直接法求解时,应坚持“特殊元素优先选取”“特殊位置优先安排”的原则.
(2)选择间接法的原则是“正难则反”,也就是若正面问题分类较多、较复杂或计算量较大,不妨从反面问题入手,试试看是否简捷些,特别是涉及“至多”“至少”等组合问题时更是如此.此时,正确理解“都不是”“不都是”“至多”“至少”等词语的确切含义是解决这些组合问题的关键.
[答一答]
1.如何解决组合中的“含”与“不含”问题?
提示:这类问题的解题思路是将限制条件视为特殊元素和特殊位置,一般来讲,特殊要先满足,其余则“一视同仁”.若正面入手不易,则从反面入手,寻找问题的突破口,即采用间接法.
2.如何解决组合中的“至多”或“至少”问题?
提示:一般采用直接法或间接法.若直接法情况较复杂,则考虑间接法.
3.如何处理组合中的几何问题?
提示:在处理几何问题中的组合应用问题时,应先明确几何中的点、线、面及构型,明确平面图形和立体图形中的点、线、面之间的关系,将几何问题抽象成组合问题来解决.
排列组合综合问题求解策略
1.区分排列与组合:在解决排列组合综合性问题时,必须深刻理解排列与组合的概念,能够熟练确定问题是排列问题还是组合问题,牢记排列数、组合数计算公式与组合数性质.容易产生的错误是重复和遗漏计数.
2.附加条件的排列组合问题的处理策略:
①以元素为主,特殊元素优先考虑;
②以位置为主,特殊位置优先考虑;
③间接法,暂不考虑附加条件,计算出排列数或组合数,再减去不符合要求的部分.
3.解答排列组合综合性问题的整体思路:一般思路方法是先选元素(组合),后排列.按元素的性质“分类”和按事件发生的连续过程“分步”.总的来说是:①整体分类;②局部分步;③辩证地看元素的位置;④一些具体问题要把它抽象成组合模型.
类型一 无限制条件的组合问题
【例1】 某同学有同样的画册2本,同样的集邮册3本,从中取出4本赠送给4位朋友,每位朋友1本,则不同的赠送方法共有( )
A.4种 B.10种
C.18种 D.20种
【解析】 从2本同样的画册,3本同样的集邮册中取出4本有两种取法:第一种:从2本画册中取出1本,将3本集邮册全部取出;第二种:将2本画册全部取出,从3本集邮册中取出2本.由于画册是相同的,集邮册也是相同的,因此第一种取法中只需从4位朋友中选出1人赠送画册,其余的赠送集邮册,有C=4(种)赠送方法;第二种取法中只需从4位朋友中选取2人赠送画册,其余的赠送集邮册,有C=6(种)赠送方法.因此共有4+6=10(种)赠送方法.
【答案】 B
将实际问题合理转化为组合模型,才能应用组合数公式,同时注意分步和分类两原理的应用.
若从1,2,3,…,9这9个整数中同时取4个不同的数,其和为偶数,则不同的取法共有( D )
A.60种 B.63种
C.65种 D.66种
解析:分三种情况:(1)4个都是偶数;(2)两个为偶数,两个为奇数;(3)4个都是奇数.故共有C+CC+C=66(种).故选D.
类型二 有限制条件的组合问题
【例2】 某医科大学的学生中,有男生12名、女生8名在某市人民医院实习,现从中选派5名参加青年志愿者医疗队.
(1)某男生甲与某女生乙必须参加,共有多少种不同的选法?
(2)甲、乙均不能参加,有多少种选法?
(3)甲、乙二人至少有一人参加,有多少种选法?
(4)医疗队中男生和女生都至少有一名,有多少种选法?
【解】 (1)只需从其他18人中选3人即可,共有C=816(种).
(2)只需从其他18人中选5人即可,共有C=8 568(种).
(3)分两类:甲、乙中只有一人参加,则有C·C种选法;甲、乙两人都参加,则有C种选法.
故共有C·C+C=6 936(种).
(4)方法1:(直接法)男生和女生都至少有一名的选法可分为四类:1男4女;2男3女;3男2女;4男1女.
所以共有C·C+C·C+C·C+C·C=14 656(种).
方法2:(间接法)由总数中减去5名都是男生和5名都是女生的选法种数,得C-(C+C)=14 656(种).
解决“含与不含”问题常用优先法来解,“至多至少”问题常采用直接分类法或间接排除法来求解,在选取元素时注意“搭配原则”,一定要做到“不重不漏”.
课外活动小组共13人,其中男生8人,女生5人,并且男、女生各指定一名队长.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)只有一名女生当选;
(2)两名队长当选;
(3)至少有一名队长当选;
(4)至多有两名女生当选.
解:(1)一名女生,四名男生.故共有C·C=350(种).
(2)将两名队长作为一类,其他11人作为一类,故共有C·C=165(种).
(3)至少有一名队长含有两类:只有一名队长和两名队长.
故共有:C·C+C·C=825(种),或采用排除法:C-C=825(种).
(4)至多有两名女生含有三类:有两名女生、只有一名女生、没有女生.
故选法为:C·C+C·C+C=966(种).
类型三 几何组合应用题
【例3】 在∠MON的边OM上有5个异于O点的点,ON上有4个异于O点的点,以这10个点(含O)为顶点,可以得到多少个三角形?
【分析】 要想组成三角形需找不在同一直线上的三点.因为O为射线OM与射线ON的公共点,所以对O取与不取需进行讨论.
【解】 解法1:(直接法)分几种情况考虑:以O为顶点的三角形中,另外两个顶点必须分别在OM、ON上,所以有C·C个;O不为顶点的三角形中,两个顶点在OM上,一个顶点在ON上的有C·C个;一个顶点在OM上,两个顶点在ON上的有C·C个.因为这是分类问题,所以用分类加法计数原理,共有C·C+C·C+C·C=5×4+10×4+5×6=90个.
解法2:(间接法)先不考虑共线顶点的问题,从10个不同元素中任取3个点的组合数是C,但其中OM上的6个点(含O)中任取3个点不能得到三角形,ON上的5个点(含O)中任取3个点也不能得到三角形,所以共可以得到(C-C-C)个三角形,即C-C-C=120-20-10=90个.
解法3:把O看成是OM边上的点,先从OM上的6个点(含O)中取两点,ON上的4点(不含O)中取一点,有C·C个三角形,再从OM上的5点(不含O)中取一点,从ON上的4点(不含O)中取两点,可得C·C个三角形,所以共有C·C+C·C=15×4+5×6=90个三角形.
在四棱锥P?ABCD中,顶点为P,从其他的顶点和各棱的中点中取3个,使它们和点P在同一平面上,不同的取法有( C )
A.40种 B.48种
C.56种 D.62种
解析:满足要求的点的取法可分为3类:
第1类,在四棱锥的每个侧面上除点P外任取3点,有4C种取
法;
第2类,在两个对角面上除点P外任取3点,有2C种取法;
第3类,过点P的四条棱中,每一条棱上的两点和与这条棱异面的两条棱的中点也共面,有4C种取法.
所以,满足题意的不同取法共有4C+2C+4C=56(种),选C.
1.分组分配问题的求解策略
【例4】 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.
【思路分析】 解题的关键是要搞清事件是否与顺序有关,对于平均分组问题要注意顺序,避免计数的重复或遗漏.
【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C·C·C=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C·C·C·A=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=15种.
(4)在(3)问的基础上再分配即可,共有分配方式·A=90种.
【解后反思】 本题是一道十分典型的“分组分配”问题,它的每一个小题都是一种类型,我们要认真领会.计数时常有下面的结论:“无对象的均匀分配”问题,只需按“有对象的均匀分配”问题列式后,再除以组数的全排列数,对于“无对象的非均匀分配”与“有对象的非均匀分配”问题,前者只需分步完成,后者先分组,后排列.
某校高二年级共有六个班级,现从外地转入4名学生,要安排到该年级的两个班级且每班安排2名,则不同的安排方案种数有( D )
A.6种 B.24种
C.180种 D.90种
解析:先把4名学生分两组有=3(种),然后再把这两组给这6个班中的两个班有A=30(种),根据分步乘法计数原理得不同的安排方案种数有3×30=90(种).
2.排列与组合的综合应用
【例5】 某艺校在一天的6节课中随机安排语文、数学、外语三门文化课和其他三门艺术课各1节,则在课表上的相邻两节文化课之间最多间隔1节艺术课的概率为_________
(用数字作答).
【思路分析】 分别计算课表上相邻两节文化课之间最多间隔1节艺术课和6节课随机排列的基本事件数,则概率易求.
【解】 相邻两节文化课之间分别间隔1节艺术课有2AA种排法,三节文化课相邻有AA种排法,三节文化课中两节相邻,与另一节之间间隔1节艺术课有CAACA种排法.故在课表上的相邻两节文化课之间最多间隔1节艺术课的概率为=.
【解后反思】 组合与排列的综合问题是高考重点考查的内容之一,题目有一定的难度,求解时注意分清是组合问题还是排列问题,按照“先选后排”的原则进行.
两人进行乒乓球比赛,先赢3局者获胜,决出胜负为止,则所有可能出现的情形(各人输赢局次的不同视为不同情形)共有( C )
A.10种 B.15种
C.20种 D.30种
解析:需根据比赛的局数进行分类讨论.
由题意可分3类:
第1类,恰好打3局,共有2种情形;
第2类,恰好打4局(一人前3局中赢2局,输1局,第4局赢),共有CA=6种情形;
第3类,恰好打5局(一人前4局中赢2局,输2局,第5局赢),共有CA=12种情形.
故所有可能出现的情形共有2+6+12=20种.
1.从6名女生、4名男生中,按性别采用分层抽样的方法抽取5名学生组成课外小组,则不同的抽取方法种数为( A )
A.C·C B.C·C
C.C D.A·A
解析:由已知女生抽取3人,男生抽取2人,则抽取方法有C·C种.
2.楼道里有12盏灯,为了节约用电,需关掉3盏不相邻的灯,则关灯方案有( C )
A.72种 B.84种
C.120种 D.168种
解析:插空法,从9盏不关闭的灯组成的10个空隙中选3个位置,即需关闭的3盏灯的位置,有C=120种.
3.从4名男生和3名女生中选出4人担任奥运志愿者,若选出的4人中既有男生又有女生,则不同的选法共有34种.
解析:(间接法)共有C-C=34种不同的选法.
4.6条网线并联,它们能通过的最大信息量分别为1,1,2,2,3,4,现从中任取三条网线且使三条网线通过最大信息量的和大于或等于6的方法共有15种.
解析:当选用信息量为4的网线时有C种;当选用信息量为3的网线时有(CC+C)种,共有C+CC+C=15种.
5.在12件产品中,有10件正品,2件次品,从这12件产品中任意抽出3件.
(1)共有多少种不同的抽法?
(2)抽出的3件中恰好有1件次品的抽法有多少种?
(3)抽出的3件中至少有1件次品的抽法有多少种?
解:(1)有C=220种抽法.
(2)分两步:先从2件次品中抽出1件有C种方法;再从10件正品中抽出2件有C种方法,所以共有CC=90种抽法.
(3)解法1:分两类,即包括恰有1件次品和恰有2件次品两种情况,与第(2)小题类似共有CC+CC=100种抽法.
解法2(间接法):从12件产品中任意抽出3件有C种方法,其中抽出的3件全是正品的抽法有C种,所以至少有1件次品的抽法有C-C=100种.