排列組合問題是解決概率問題的基礎(chǔ),多以選擇填空形式出現(xiàn),小巧靈活,有很強的抽象性和綜合性;同時又對分類討論、數(shù)形結(jié)合、轉(zhuǎn)化化歸等數(shù)學(xué)思想有著較高要求,學(xué)生不易掌握,為歷年高考必考內(nèi)容.因此我們有必要將相關(guān)思維方法和解題策略梳理一下.
1.用好兩個原理:分類問題用加法,完成一件事的幾類方法之間是獨立的,計數(shù)時不重不漏;分步問題用乘法,完成一件事的幾步之間是連續(xù)的,計數(shù)時缺一不可。
例1.(2010年天津理10)如圖,用四種不同顏色給圖中的A、B、C、D、E、F六個點涂色,要求每個點涂一種顏色,且圖中每條線段的兩個端點涂不同顏色.則不同的涂色方法共有( )
A.288種 B.264種 C.240種 D.168種
【答案】B
【解析】分三類:(1)B、D、E、F用四種顏色,則有A=24種方法;(2)B、D、E、F用三種顏色,則有A×2×2+A×2×1×2=192種方法;(3)B、D、E、F用二種顏色,則有A×2×2=48種方法,所以共有不同的涂色方法24+192+48=264種.
例2.(2009北京卷文)用數(shù)字1,2,3,4,5組成的無重復(fù)數(shù)字的四位偶數(shù)的個數(shù)為()
A.8 B.24 C.48 D.120
【答案】C
【解析】2和4排在末位時,共有2種排法,其余三位數(shù)從余下的四個數(shù)中任取三個有A種排法,于是由分步計數(shù)原理,符合題意的偶數(shù)共有2A個.故選C.
2.相鄰問題捆綁法。相鄰的幾個元素捆綁成一起,視作一個元素參與排列。
例3.(2009四川卷文)2位男生和3位女生共5位同學(xué)站成一排,若男生甲不站兩端,3位女生中有且只有兩位女生相鄰,則不同排法的種數(shù)是()
A.60 B.48 C.42 D.36
【答案】B
【解析】解法一:從3名女生中任取2人“捆”在一起記作A,(A共有CA=6種不同排法),剩下一名女生記作B,兩名男生分別記作甲、乙;則男生甲必須在A、B之間(若甲在A、B兩端.則為使A、B不相鄰,只有把男生乙排在A、B之間,此時就不能滿足男生甲不在兩端的要求).此時共有6×2=12種排法(A左B右和A右B左),最后再在排好的三個元素中選出四個位置插入乙.所以,共有12×4=48種不同排法.
解法二:同解法一,從3名女生中任取2人“捆”在一起記作A(A共有CA種不同排法),剩下一名女生記作B,兩名男生分別記作甲、乙;為使男生甲不在兩端可分三類情況:
第一類:女生A、B在兩端,男生甲、乙在中間,共有6AA=24種排法;
第二類:“捆綁”A和男生乙在兩端,則中間女生B和男生甲只有一種排法,此時共有6A=12種排法;
第三類:女生B和男生乙在兩端,同樣中間“捆綁”A和男生甲也只有一種排法.此時共有6A=12種排法.
三類之和為24+12+12=48種.
3.不相鄰問題插空排。元素不相鄰問題,可先把無位置要求的幾個元素全排列,再把規(guī)定的不相鄰的幾個元素插入上述幾個元素的空位和兩端。
例4.七人并排站成一行,如果甲乙兩個必須不相鄰,那么不同的排法種數(shù)是( )
A.1440種 B.3600種 C.4820種 D.4800種
解析:除甲乙外,其余5個排列數(shù)為A種,再用甲乙去插6個空位有A種,不同的排法種數(shù)是AA=3600種,選B.
4.定序問題除法法則。在排列問題中限制某幾個元素必須保持一定的順序,可用先進行全排再除以保持一定順序元素的全排方法。
例5.A,B,C,D,E五人并排站成一排,如果B必須站在A的右邊(A,B可以不相鄰)那么不同的排法種數(shù)是()
A.24種 B.60種 C.90種 D.120種
解析:題中元素的全排數(shù)是,即A=120種,有限定順序的元素的全排為A,故滿足條件的不同排法為,選B.
5.分配問題分組法。分配的元素多于對象且每一對象都有元素分配時常用先分組再分配。
例6.4名優(yōu)秀學(xué)生全部保送到3所學(xué)校去,每所學(xué)校至少去一名,則不同的保送方案有多少種?
解析:把四名學(xué)生分成3組C有種方法,再把三組學(xué)生分配到三所學(xué)校有A種,故共有CA=36種方法.
6.名額分配問題隔板法。
例7.10個三好學(xué)生名額分到7個班級,每個班級至少一個名額,有多少種不同分配方案?
解析:10個名額分到7個班級,就是把10個名額看成10個相同的小球分成7堆,每堆至少一個,可以在10個小球的9個空位中插入6塊木板,每一種插法對應(yīng)著一種分配方案,故共有不同的分配方案有C=84種.
7.限制條件的分配問題分類法。
例8:某高校從某系的10名優(yōu)秀畢業(yè)生中選4人分別到西部四城市參加中國西部經(jīng)濟開發(fā)建設(shè),其中甲同學(xué)不到銀川,乙不到西寧,共有多少種不同派遣方案?
解析:因為甲乙有限制條件,所以按照是否含有甲乙來分類,有以下四種情況:
?、偃艏滓叶疾粎⒓?,則有派遣方案A種;
?、谌艏讌⒓佣也粎⒓?,先安排甲有3種方法,然后安排其余學(xué)生有A方法,所以共有3A;
?、廴粢覅⒓佣撞粎⒓油硪灿?A種;
?、苋艏滓叶紖⒓?,則先安排甲乙,有7種方法,然后再安排其余8人到另外兩個城市有A種,共有7A方法.
所以共有不同的派遣方法總數(shù)為A+3A+3A+7A=4088種.
8.多元問題分類法。元素多,取出的情況也多種,可按結(jié)果要求分成幾類情況分別計數(shù)。
例9.(重慶卷文10)某單位擬安排6位員工在今年6月14日至16日(端午節(jié)假期)值班,每天安排2人,每人值班1天。若6位員工中的甲不值14日,乙不值16日,則不同的安排方法共有()
A.30種 B.36種 C.42種 D.48種
【解析】法一:所有排法減去甲值14日或乙值16日,再加上甲值14日且乙值16日的排法,即CC-2×CC+CC=42.
法二:分兩類:甲、乙同組,則只能排在15日,有C=6種排法;甲、乙不同組,有CC(A+1)=36種排法,故共有42種方法.
【答案】C
例10.(2010天津理)用四種不同顏色給圖