排列組合是高中數(shù)學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一,也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)概率的基礎(chǔ),事實(shí)上,許多概率問題也歸結(jié)為排列組合問題,這一類問題不僅內(nèi)容抽象,解法靈活,而且解題過程極易出現(xiàn)“重復(fù)”和“遺漏”的錯誤,這些錯誤甚至不容易檢查出來,所以解題時(shí)要注意不斷積累經(jīng)驗(yàn),總結(jié)解題規(guī)律,掌握若干技巧。
解答排列組合的問題,首先必須認(rèn)真審題,明確是屬于排列問題還是組合問題,或者屬于排列與組合的混合問題。其次,要抓住問題的本質(zhì)特征,靈活運(yùn)用基本原理和公式進(jìn)行分析解答,同時(shí),還要注意講究一些基本策略和方法和技巧,使一些看似復(fù)雜的問題迎刃而解,下面介紹幾種常用的解題技巧。
一、 特殊元素“優(yōu)先安排法”
對于帶有特殊元素的排列組合問題,一般應(yīng)先考慮元素,在考慮其他元素。
例⒈ 用0,2,3,4,5這五個數(shù)字,組成沒有重復(fù)數(shù)字的三位數(shù),其中偶數(shù)共有( )
A.24個 B.30個 C.40個 D.60個
分析:由于該三位數(shù)為偶數(shù),故末尾數(shù)字必為偶數(shù),又因?yàn)椋安荒芘旁谑孜唬剩熬褪瞧渲械奶厥庠兀瑧?yīng)優(yōu)先安排.按0排在末尾和0不排在末尾分為兩類:①0排在末尾時(shí),有個,②0不排在末尾時(shí),則有個,由分類計(jì)數(shù)原理,共有偶數(shù)個,選B.
二、 總體淘汰法
對于含有否定字眼的問題,還可以從總體中把不符合要求的除去,此時(shí),應(yīng)注意既不能多減也不能少減。
例⒉ 100件產(chǎn)品中有3件是次品,從中任取三件,其中不全是正品的選法有多少種
分析:從100件產(chǎn)品中選3件產(chǎn)品的選法有種,選好后發(fā)現(xiàn)3件產(chǎn)品都是正品的選法不符合題意,因此把這種排法除去,故有種。
三、 合理分類與準(zhǔn)確分布法
解含有約束條件的排列組合問題,應(yīng)按元素的性質(zhì)進(jìn)行分類,按事件發(fā)生的連續(xù)過程分步,做到分類標(biāo)準(zhǔn)明確,分步層次清晰,不重不漏。
例⒊ 將5列火車停放在5條不同的軌道上,其中a列車不停在第一軌道上,b不停在第二條軌道上,那么不同的停放方法有多少種
分析:由題意,可先安排a列車,并按其進(jìn)行分類討論:⑴若a列車在第二軌道上,則剩下4輛列車可自由停放,有種方法,⑵若a列車停第三或第四或第五軌道上,則根據(jù)分布計(jì)數(shù)原理有種停法,再用分類計(jì)數(shù)原理,不同的停放方法共有種。
例⒋ 某帆船上有10名水手,他們分別在船左、右兩側(cè),每側(cè)4人,其中有2名水手只會劃左側(cè)漿,1名只會劃右側(cè)漿,問這些水手不同的安排方法共有的種數(shù)為多少
分析:根據(jù)題意,可根據(jù)選的水手中含有這三名特殊水手的情況分類:⑴若被選出的4名水手中僅有1名只會右手側(cè)的水手,有種選法;⑵若被選出的4名水手中有只會右手側(cè)的水手和只會左手側(cè)的水手各1名,有種選法;⑶若被選出的4名水手中有只會右手側(cè)的水手1名和只會左手側(cè)的水手2名,有種選法;⑷若被選出的4名水手中僅有只會左手側(cè)的水手1名,有種選法;⑸若被選出的4名水手中有只會左手側(cè)的水手2名,有種選法,根據(jù)分類計(jì)數(shù)原理,不同的選法有種。
四、 相鄰問題“捆綁法”
對于某幾個元素要求相鄰的排列問題,可以先將相鄰的元素“捆綁”起來,看作一個大的元素與其他的元素排列,然后再對相鄰的元素內(nèi)部之間在進(jìn)行排列。
例⒌ 7人站成一排照相,要求甲,乙,丙三人相鄰,分別有多少種不同的排法
分析:把甲,乙,丙三人“捆綁”起來看成一個元素,與其他的4人共5個元素作全排列,有種排法,而甲,乙,丙三人之間又有種排法,根據(jù)分步計(jì)數(shù)原理,共有=7200種排法。
五、 不相鄰問題“插空法”
對某幾個元素不相鄰的排列問題,可先將其它元素排好,然后再將不相鄰的元素已排好的元素之間及兩端的空隙中插入即可。
例⒍ 7人站成一排照相,要求甲,乙,丙三人不相鄰,分別有多少種不同的排法
分析:先讓其余4人站好有種排法,再在這4人之間及兩端的5個“間隙”中選3個位置讓甲,乙,丙插入,則有種方法,這樣共有種不同的排法。
六、 等價(jià)轉(zhuǎn)化法
一些常見類型方法為自己熟知之后,對于一些生疏問題或直接求解較為復(fù)雜或較為困難的問題,后者有些問題從正面入手情況較多,不易解決,這是可考慮能否進(jìn)行等價(jià)轉(zhuǎn)化,從反面入手,或構(gòu)造模型,將其轉(zhuǎn)化為一個較簡單的問題來處理。
例⒎ 馬路上有12只路燈,為節(jié)約用電又不影響正常的照明,可把其中的三只路燈關(guān)掉,但不能同時(shí)關(guān)掉相鄰的兩只或三只,也不能關(guān)掉兩端的路燈,那么滿足條件的關(guān)燈方法共有多少種
分析:關(guān)第一只燈的方法有10種,關(guān)第二只、第三只燈時(shí)要分類討論,情況較復(fù)雜。若換一個角度,從反面入手考慮,因每一種關(guān)燈的方法對應(yīng)著一種滿足題設(shè)條件亮燈與暗燈的排列,于是問題就轉(zhuǎn)化為等價(jià)的“在9只亮燈產(chǎn)生的8個空檔中插入3只暗燈”問題,故所求方法種數(shù)為。
例⒏ 四面體頂點(diǎn)和各棱中點(diǎn)共10個點(diǎn),在其中取4個不共面的點(diǎn),不同的取法共有多少種
分析:從10個點(diǎn)中任取4個點(diǎn)取法有種,其中4點(diǎn)共面的情況如下圖
圖(1) 圖(2) 圖(3)
4點(diǎn)共面的取法共有3+6+6=15個,把這些不符合條件的情況除去,所以,取4個不共面的點(diǎn)的取法共有種。
七、 順序固定問題用“除法”
對于某幾個元素順序一定的排列問題,可以先把這幾個元素與其它元素一同進(jìn)行排列,然后又總排列數(shù)除以這幾個元素的全排列數(shù)。
例⒐ 由數(shù)字0,1,2,3,4,5組成的沒有重復(fù)數(shù)字的六位數(shù),其中個位數(shù)小于十位數(shù)的共有多少個
分析:若不考慮附加條件,組成的六位數(shù)字共有個,而其中個位數(shù)與十位數(shù)的種排法中只有一種符合條件,故符合條件的六位數(shù)共有個。
八、 混合應(yīng)用問題“先選后排法”
對于排列與組合的混合問題,可采用先選出元素,然后再進(jìn)行排列的方法。
例⒑ 4個不同的小球放入編號為1,2,3,4的四個盒子,恰好有一個空盒的放法有多少種
分析:因有一個空盒,故必有一個盒子放2個球,第一步先選:從4個小球中選出2個小球的方法有種,從4個盒子中選3個盒子的方法有種,第二步排列,把選出的2個小球看成一個元素與其余的2個小球共3個元素,對選出的3個盒子作全排列有種排法,故所求的放法共有種
九、 “小團(tuán)體”問題“先整體后局部法”
對于“小團(tuán)體”排列問題,與“相鄰問題”相似,可先將小團(tuán)體看作一個元素與其它元素排列,最后再進(jìn)行小團(tuán)體內(nèi)部的排列。
例⒒ 7個人站成一排照相,要求甲、乙之間恰好相隔2人的站法有多少種
分析: 甲、乙及間隔的2人組成一個“小團(tuán)體”,這2人可從其余5人中任選出來,有種不同選法,這個小團(tuán)體與其余3人共4個元素全排列有種方法,它的內(nèi)部甲、乙2人有種不同排法,中間的2人也有種不同排法,因而符合要求的不同站法共有種。
一十、 構(gòu)造“隔板”模型法
對較復(fù)雜的排列問題,可通過設(shè)計(jì)另外一情景,構(gòu)造一個“隔板”模型來幫助解決問題。
例⒓ 方程a+b+c+d=12有多少組正整數(shù)解
分析:建立“隔板”模型法:將12個完全相同的球排成一列,在它們之間形成的11個間隙中任意插入3塊隔板,把球分成4堆,而每一種分法所得4堆球的各堆球的數(shù)目,即為的一組正整數(shù)解,故原方程的正整數(shù)的組數(shù)共有組。
十一、分排問題“直排法”
例⒔ 7個人坐兩排座位,第一排坐3個人,第二排坐4個人,則不同的坐法有多少種
分析:7個人可以在前后兩排任意就坐,再無其他條件,故可看成7個人在7個位置上的全排列問題,所以,不同的坐法有種。