排列组合常见题型及解法排列组合问题,通常都是出现在选择题或填空题中,问题千变万化,解法灵活,条件隐晦,思维抽象,难以找到解题的突破口,实践证明,解决问题的有效方法是:题型与解法归类、识别模式、熟练运用。
一.处理排列组合应用题的一般步骤为:①明确要完成的是一件什么事(审题) ②有序还是无序 ③分步还是分类。
二.处理排列组合应用题的规律(1) 两种思路:直接法,间接法。
(2)两种途径:元素分析法,位置分析法。
1 重复排列“住店法”重复排列问题要区分两类元素:一类可以重复,另一类不能重复。
把不能重复的元素看作“客”,能重复的元素看作“店”,则通过“住店法”可顺利解题。
例1 8名同学争夺3项冠军,获得冠军的可能性有( )[解析] 冠军不能重复,但同一个学生可获得多项冠军。
把8名学生看作8家“店”,3项冠军看作3个“客”,他们都可住进任意一家“店”,每个客有8种可能,因此共有38种不同的结果。
[评述]类似问题较多。
如:将8封信放入3个邮筒中,有多少种不同的结果?这时8封信是“客”,3个邮筒是“店”,故共有83种结果。
要注意这两个问题的区别。
2. 特殊元素(位置)用优先法:把有限制条件的元素(位置)称为特殊元素(位置),可优先将它(们)安排好,后再安排其它元素。
对于这类问题一般采取特殊元素(位置)优先安排的方法。
例1. 6人站成一横排,其中甲不站左端也不站右端,有多少种不同站法?解法1:(元素分析法)因为甲不能站左右两端,故第一步先让甲排在左右两端之间的任一位置上,有种站法;第二步再让其余的5人站在其他5个位置上,有种站法,故站法有:=480(种)解法2:(位置分析法)因为左右两端不站甲,故第一步先从甲以外的5个人中任选两人站在左右两端,有种;第二步再让剩余的4个人(含甲)站在中间4个位置,有种,故站法共有:(种)例2(2000年全国高考题)乒乓球队的10名队员中有3名主力队员,派5名参加比赛,3名主力队员要安排在第一、三、五位置,其余7名队员选2名安排在第二、四位置,那么不同的出场安排共有_________种(用数字作答)。
[解析]3名主力的位置确定在一、三、五位中选择,将他们优先安排,有33A 种可能;然后从其余7名队员选2名安排在第二、四位置,有27A 种排法。
因此结果为2733A A =252种。
例3 5个“1”与2个“2”可以组成多少个不同的数列?[解析]按一定次序排列的一列数叫做数列。
由于7个位置不同,故只要优先选两个位置安排好“2”,剩下的位置填“1”(也可先填“1”再填“2”)。
因此,一共可以组成2227C C =21个不同的数列。
3. 相邻问题用捆绑法:对于要求某几个元素必须排在一起的问题,可用“捆绑法”“捆绑”为一个“大元素:与其他元素进行排列,然后相邻元素内部再进行排列。
例1. 5个男生和3个女生排成一排,3个女生必须排在一起,有多少种不同排法?解:把3个女生视为一个元素,与5个男生进行排列,共有种,然后女生内部再进行排列,有种,所以排法共有:(种)。
例2(1996年上海高考题)有8本不同的书,其中数学书3本,外文书2本,其他书3本,若将这些书排成一列放在书架上,则数学书恰好排在一起,外文书也恰好排在一起的排法共有____________种(结果用数字表示)。
[解析]将数学书与外文书分别捆在一起与其它3本书一起排,有55A 种排法,再将3本数学书之间交换有33A 种,2本外文书之间交换有22A 种,故共有223355A A A =1440种排法。
[评述]这里需要说明的是,有一类问题是两个已知元素之间有固定间隔时,也用“捆绑法”解决。
如:7个人排成一排,其中甲乙两人之间有且只有一人,问有多少种不同的排法?可将甲乙两人和中间所插一人“捆绑”在一起做“大元素”,但甲乙两人位置可对调,且中间一人可从其余5人中任取,有1200552215=A A C 种排法。
4. 相离问题用插空法:元素相离(即不相邻)问题,可以先将其他元素排好,然后再将不相邻的元素插入已排好的元素位置之间和两端的空中。
例5(2003年北京春季高考题)某班新年联欢会原定的5个节目已排成节目单,开演前又增加了两个新节目。
如果将这两个节目插入原节目单中,且两个新节目不相邻,那么不同插法的种数为 ( )A 6B 12C 15D 30[解析]原来的5个节目中间和两端可看作分出6个空位。
将两个新节目不相邻插入,相当于从6个位置中选2个让它们按顺序排列,故有3026=A 种排法,选(D )。
[评述]本题中的原有5个节目不需要再排列,这一点要注意。
请练习以下这道题:马路上有编号为1、2、3、·10的十盏路灯,为节约用电又能照明,现准备把其中的三盏灯,但不能关掉相邻的两盏或三盏,两端的灯也不许关掉,求不同的关灯方式有多少种?可得结果为36C =20种。
你能很快求解吗?例3. 7人排成一排,甲、乙、丙3人互不相邻有多少种排法?解:先将其余4人排成一排,有种,再往4人之间及两端的5个空位中让甲、乙、丙插入,有种,所以排法共有:(种)5. 定序(顺序一定)问题用除法:对于在排列中,当某些元素次序一定时,可用此法。
例1、信号兵把红旗与白旗从上到下挂在旗杆上表示信号,现有3面红旗、2面白旗,把5面旗都挂上去,可表示不同信号的种数是( )(用数字作答)。
解:5面旗全排列有55A种挂,由于3面红旗与2面白旗的分别全排列均只能作一次的挂法,故有55323210A A A = 说明:在排列的问题中限制某几个元素必须保持一定的顺序问题,这类问题用缩小倍数的方法求解比较方便快捷例2. 由数字0、1、2、3、4、5组成没有重复数字的六位数,其中个位数字小于十位数字的六位数有多少个?解:不考虑限制条件,组成的六位数有种,其中个位与十位上的数字一定,所以所求的六位数有:(个)6. 多排问题用直排法:对于把几个元素分成若干排的排列问题,若没有其他特殊要求,可采取统一成一排的方法求解。
例5. 9个人坐成三排,第一排2人,第二排3人,第三排4人,则不同的坐法共有多少种?解:9个人可以在三排中随意就坐,无其他限制条件,三排可以看作一排来处理,不同的坐标共有种。
7. 至少问题正难则反“排除法”:有些问题从正面考虑较为复杂而不易得出答案,这时,可以采用转化思想从问题的反面入手考虑,然后去掉不符合条件的方法种数往往会取得意想不到的效果。
在应用此法时要注意做到不重不漏。
例1. 四面体的顶点和各棱中点共有10个点,取其中4个不共面的点,则不同的取法共有( )A. 150种B. 147种C. 144种D. 141种解:从10个点中任取4个点有种取法,其中4点共面的情况有三类。
第一类,取出的4个点位于四面体的同一个面内,有种;第二类,取任一条棱上的3个点及该棱对棱的中点,这4点共面,有6种;第三类,由中位线构成的平行四边形(其两组对边分别平行于四面体相对的两条棱),它的4个点共面,有3种。
以上三类情况不合要求应减掉,所以不同的取法共有:(种)。
8.先选后排“综合法”:“先选后排”是解排列组合问题的一个重要原则。
一般地,在排列组合综合问题中,我们总是先从几类元素中取出符合题意的几个元素,再安排到一定位置上。
例. 对某产品的6件不同正品和4件不同次品一一进行测试,至区分出所有次品为止。
若所有次品恰好在第5次时被全部发现,则这样的测试方法有多少种可能?[解析]第5次必测出一个次品,其余3个次品在前4次中被测出。
从4个中确定最后一个次品有14C 种可能;前4次中应有1个正品3个次品,有3316C C 种;前4次测试中的顺序有44A 种。
分步计数原理得576)(44331614=⋅A C C C 种。
9.递推法例八 一楼梯共10级,如果规定每次只能跨上一级或两级,要走上这10级楼梯,共有多少种不同的走法?分析:设上n 级楼梯的走法为a n 种,易知a 1=1,a 2=2,当n ≥2时,上n 级楼梯的走法可分两类:第一类:是最后一步跨一级,有a n-1种走法,第二类是最后一步跨两级,有a n-2种走法,由加法原理知:a n =a n-1+ a n-2,据此,a 3=a 1+a 2=3,a 4=a #+a 2=5,a 5=a 4+a 3=8,a 6=13,a 7=21,a 8=34,a 9=55,a 10=89.故走上10级楼梯共有89种不同的方法。
10.用转换法解排列组合问题例.某人连续射击8次有四次命中,其中有三次连续命中,按“中”与“不中”报告结果,不同的结果有多少种. 解 把问题转化为四个相同的黑球与四个相同白球,其中只有三个黑球相邻的排列问题.25A =20种例2:个人参加秋游带10瓶饮料,每人至少带1瓶,一共有多少钟不同的带法.解: 把问题转化为5个相同的白球不相邻地插入排好的10个相同的黑球之间的9个空隙种的排列问题.59C =126种 例3. 从1,2,3,…,1000个自然数中任取10个不连续的自然数,有多少种不同的去法. 解 把稳体转化为10个相同的黑球与990个相同白球,其其中黑球不相邻的排列问题。
10991C例4 某城街道呈棋盘形,南北向大街5条,东西向大街4条,一人欲从西南角走到东北角,路程最短的走法有多少. 解: 无论怎样走必须经过三横四纵,因此,把问题转化为3个相同的白球与四个相同的黑球的排列问题.37C =35(种) 例5 一个楼梯共18个台阶12步登完,可一步登一个台阶也可一步登两个台阶,一共有多少种不同的走法.解 根据题意要想12步登完只能6个一步登一个台阶,6个一步登两个台阶,因此,把问题转化为6个相同的黑球与6个相同的白球的排列问题.612C =924(种).例6求(a+b+c )10的展开式的项数.解 展开使的项为a αb βc γ,且α+β+γ=10,把问题转化为2个相同的黑球与10个相同的白球的排列问题.212C =66例7 亚、欧乒乓球对抗赛,各队均有5名队员,按事先排好的顺序参加擂台赛,双方先由1号队员比赛,负者淘汰,胜者再与负方2号队员比赛,直到一方全被淘汰为止,另一方获胜,形成一种比赛过程.那么所有可能出现的比赛过程有多少种?解 设亚洲队队员为a 1,a 2,…,a 5,欧洲队队员为b 1,b 2,…,b 5,下标表示事先排列的出场顺序,若以依次被淘汰的队员为顺序.比赛过程转化为这10个字母互相穿插的一个排列,最后师胜队种步被淘汰的队员和可能未参加参赛的队员,所以比赛过程可表示为5个相同的白球和5个相同黑球排列问题,比赛过程的总数为610C =252(种)11.错位排列问题:错位排列问题是一个古老的问题,最先由贝努利(Bernoulli )提出,其通常提法是:n 个有序元素,全部改变其位置的排列数是多少?所以称之为“错位”问题。