高中数学复习-排列组合问题的解题方法

1排列组合问题的解题方法排列组合是高中数学中相对独立的内容，它不仅应用广泛，而且还是学习概率统计知识和进一步学习的基础.它与许多数学知识都有联系，其思考方法和解题技巧都有其特殊性，具备概念性强、灵活性强、抽象性强、思维方法新颖等特点.因此，总结、归纳其解题思想和方法，并能深入浅出地加以类比、延伸和拓展，才能“以不变应万变”，达到事倍功半之效果.一、特殊元素（或位置）“优先法”：排列组合问题无外乎“元素”与“位置”的关系问题，即某个元素排在什么位置或某个位置上排什么元素的问题.因此，对于有限制条件的排列组合问题，可从限制元素（或位置）入手，优先考虑.例1、在由数字0、1、2、3、4、5所组成的没有重复数字的四位数中，不能被5整除的数共有()个．解1：（元素优先法）根据所求四位数对0和5两个元素的特殊要求将其分为四类：①含0不含5，共有1324CA=48(个)；②含5不含0，共有1334CA=72(个)；③含0也含5，共有112224CCA＝48(个)；④不合0也不含5，共有44A＝24(个)．所以，符合条件的四位数共有48+72+48+24=192(个).解2：（位置优先法）根据所求四位数对首末两位置的特殊要求可分三步：第一步：排个位，有14C种方法；第二步；排首位，有14C种方法；第三步：排中间两位，有24A种方法．所以符合条件的四位数共有14C14C24A=192(个)．二、相邻问题“捆绑法”：对于元素相邻的排列问题，可先将相邻元素“捆绑”起来看作一个元素（整体），先与其它元素排列，然后相邻元素之间再进行排列.例2、6个人排成一排，甲、乙二人必须相邻的排法有多少种？解：将甲、乙二人“捆绑”起来看作一个元素与其它4个元素一起排列，有A55种，甲、乙二人的排列有A22种，共有A22·A55=240种.三、不相邻问题“插空法”：对元素不相邻问题，可先不考虑限制条件先排其它元素，再将不相邻元素插入已排好元素的空隙中（包括两端）即可.例3、用1，2，3，4，5，6，7，8组成没有重复数字的八位数，其中1与2相邻、3与4相邻、5与6相邻、7与8不相邻的八位数共有个.解：先“相邻”排列成三个“大元素”，再三个“大元素”排列，最后7与8“插空”，共有2223222234576AAAAA种.四、有序问题“无序法”：对于元素顺序一定的排列问题，可先考虑没有顺序元素的排列，然后除以有顺序的几个元素的全排列即可.例4、3男3女排成一排，若3名男生身高不相等，则按从高到低的一种顺序站的站法有多少种？解：6个人的全排列有A66种，3名男生不考虑身高的顺序的站法有A33种，而由高到低又可从左到右，或从右到左（这是两种不同的站法），故共有不同站法2A66÷A33=240种.2五、分排问题“直排法”：n个元素分成m（m＜n）排，即为n个元素的全排列.例5、将6个人排成前后两排，每排3人，有多少种排法.解：6个人中选3个人排在前排有AC3336种，剩下3人排在后排有A33种，故共有AC3336A33=A66=720种.六、分组与分配问题的解法例6、6本不同的书，按以下要求各有多少种分法？⑴平均分成三组；⑵分成1本，2本、3本三组；⑶平均分给甲、乙、丙三人；⑷分给甲、乙、丙三人，一人拿1本，一人拿2本、一人拿3本；⑸甲得一本，乙得二本，丙得三本.解：⑴此为平均分组问题，共有153222426！CCC分法；⑵此为非平均分组问题，共有60332516CCC分法；⑶先分组，再排序，共有9033222426！！CCC种分法；⑷先分组，再排序，36033332516ACCC分法；⑸共有60332516CCC分法.【注】此例中的每一个小题都提出了一种类型问题，搞清类型的归属对今后解题大有裨益，其中：⑴均匀分组问题；⑵非均匀分组问题；⑶均匀不定向分配问题；⑷非均匀不定向分配问题；⑸非均匀定向分配问题.七、综合问题的解法：对排列组合的综合问题，由于限制条件较多而使问题较为复杂.解此类问题时，应注意解题的基本策略与方法，抓住问题的本质，采用恰当方法求解.1、分类分步法：解排列组合的综合问题，应遵循“按元素的性质进行分类，按事情的发展过程进行分步”的原则，做到分类标准明确，分步层次清楚，不重不漏.例7、6个人排成一排，甲不在排头，乙不在排尾的排法有多少种？解：按元素甲分类：①甲在排尾，此时乙无任何限制条件地和其余4个元素排在一起，有A55种排法；②甲不在排尾，而甲又不在排头，则甲有A14种排法，乙不在排尾也有A14种排法，其它4人有A44种排法，共有A55＋A14A14A44=504种.2、排除法：对含有否定词的问题，也可从总体中把不符合条件的排法除去，此时应注意不能多除，也不能少除.例如：在例8中，6个人的全排列有A66种，甲在排头的排法有A55种，乙在排尾的排法有A55种，甲在排头且乙在排尾的排法有A44种，故共有A66－A55－A55＋A44=504种.3、集合思想例8、用0、1、2、3、4、5、6七个数字组成没有重复数字的五位数，若数字3不在百位，数字5不在个位，共有多少个这样的五位数？解：设M={从七个数中任取五个数的排法}，A={0在首位的排法}，B={3在百位上的排法}，C={5在个位上的排法}，如图，则满足条件的五位数共有：card（M）－card（A）－card（B）－card（C）＋card（A∩B）＋card（B∩C）＋card（C∩A）－card（A∩B∩C）=16083324354657AAAA个.4、图示（表）法：对于某些综合问题，如暂无思路求解，可考虑回归课本，用树图、3框图或图表法求解.例9、同室四人各写一张贺年卡，先集中起来，然后每人拿一张别人写的贺年卡，则四张贺年卡的不同分配方法有多少种？解：（树图法）如图，共有9种不同的选法.例10、3男3女排成一排，下列情形各有多少种排法.⑴男女相间.⑵甲乙之间恰隔二人.解：⑴男女相间的站法有两类：男女男女男女，女男女男女男，共有2A33·A33=72种；⑵甲乙之间恰隔二人有三类：甲××乙××，×甲××乙×，××甲××乙，因甲乙可交换位置，故共有3×A22×44A=144种.例11、9人组成的蓝球队中，有7人会打卫，3人会打锋，现选5人，按3卫2锋组队出场，有多少种不同的组队方法？解：9个人中7人会卫3人会锋，故有1人既会卫也会锋，则只会卫的有6人，只会锋的有2人，见下表：故共有AA2236＋AAC223326＋ACA221236=900种方法.5、至多、至少问题间接法：对于含有“至多”、“至少”的组合问题，分类讨论十分麻烦，若用间接法处理，可使问题简化.例12、①某校要从6个班级中选出10人组成一个篮球队，要求每班至少选1人参加，则这10个名额的不同分配方法有多少种？②从4台甲型和5台乙型电视机中任意取出3台，其中至少含甲型与乙型电视机各一台的不同选法有种？解：①（隔板法）因为名额之间无区别，所以可把它们视作排成一排的10相同的球，要把这10个球分开成6段（每段至少有一个球），这样，第一种分隔方法都对应一种名额的分配方法，这10个球之间（不含两端）共有9个空位，现要在这9个空位中放进5块隔板，共有C59=126种放法，故共有126种分配方法.②（排除法）在被取出的3台中，不含甲型或不含乙型的取法分别为34C与35C种，故符合题意的取法有39C－34C－35C=70种.6、角色转换法：对元素可重复的排列组合问题，若将元素与位置互换，则可化为相异元素的问题求解.人数6人只会卫2人只会锋1人既卫又锋结果不同选法32AA2236221（锋）AAC223326311（卫）ACA2212364例13、有2个A，3个B，4个C共9个字母排成一排，有多少种排法？解：将字母作为元素，则这是九个元素排在九个位置上的“不尽相异元素的全排列”问题.若将九个位置作为元素，则问题转化为“相异元素不许重复的组合问题”，即共有1260443729CCC种不同的排法.7、分组与分配问题的解法例14、6本不同的书，按以下要求各有多少种分法？⑴平均分成三组；⑵分成1本，2本、3本三组；⑶平均分给甲、乙、丙三人；⑷分给甲、乙、丙三人，一人拿1本，一人拿2本、一人拿3本；⑸甲得一本，乙得二本，丙得三本.解：⑴此为平均分组问题，共有153222426！CCC分法；⑵此为非平均分组问题，共有60332516CCC分法；⑶先分组，再排序，共有9033222426！！CCC种分法；⑷先分组，再排序，36033332516ACCC分法；⑸共有60332516CCC分法.【注】此例中的每一个小题都提出了一种类型问题，搞清类型的归属对今后解题大有裨益，其中：⑴均匀分组问题；⑵非均匀分组问题；⑶均匀不定向分配问题；⑷非均匀不定向分配问题；⑸非均匀定向分配问题.8、方程思想例15、球台上有4个黄球，6个红球，击黄球入袋记2分，击红球入袋记1分。欲将此十球中的4球击入袋中，且总分不低于5分，则击球方法有种？解：设击入黄球x个，红球y个，则有4xy，且25xy（x，yN），解得14x，∴13xy或22xy或31xy或40xy，对应每组解的击球方法数分别为1346CC，2246CC，3146CC，4046CC，∴不同的击球方法数为1346CC＋2246CC＋3146CC＋4046CC=195种.对排列组合的综合问题，常用方法是“先选之，再排之”.在分清分类与分步的标准与方式的基础上，遵循两个原则：一是按元素的性质进行分类，二是按事情发生的过程进行分步.在具体应用中，要注意“类”与“类”间的独立性与并列性和“步”与“步”间的连续性.这要求我们要有周密的逻辑思维能力、准确的计数能力和灵活正确运用基础知识的能力.例16、7个人到7个地方去旅游，甲不去A地，乙不去B地，丙不去C地，丁不去D地，共有多少种旅游方案？解：（排除法）7个人去7个地方共有77A种可能.①若甲、乙、丙、丁都去各自不能去的地方旅游，其余的人去剩下的地方有336A种；②若甲、乙、丙、丁中有3人去各自不能去的地方旅游，有34C种，4人中剩下的一人有13C种，其余的人去剩下的地方有33A种，共有34C13C33A=72种；③若甲、乙、丙、丁中有2人去各自不能去的地方旅游，有24C种，余下的5人去5个不同的地方有55A种，但其中又包括了有条件的4人中的两人（不妨设为甲乙）同时去各自不能去的地方有33A种和这两人中有一人去各自不能去的地方有13332AA种，5故共有24C·（55A－33A－13332AA）=468种；④若甲、乙、丙、丁中有1人去各自不能去的地方旅游，有14C种，而余下的6个人的旅游方案仍与③的想法一致，共有1216343531363435333433[()(2)]1704CCCAAAAAAAA种.故满足条件的不同旅游方案共有77A－（6＋72＋468＋1704）=2790种.例17、三个学校分别有1名、2名、3名学生获奖，这6名学生排成一排合影，则同校的任何两名学生都不能相邻的排法有种.解：由题意可分两类：①先在6个位置上排第一个学校的三名学生，两两不相邻（如图），3名学生每两名隔一个空位有2种排法，剩下的三个空位中再选2个排第二个学校的2名同学，最后一名同学自动确定位子，此时有232323272CAA种排法；②第一个学校的3名同学中有两名中间隔两个位子的有两种排法（如图），剩下的3个位子中，挨着的两个不能同时选，所以从另外两个中选，最后一名同学自动确定位子，此时有132322248CAA种排法.故满足题设条件的排法共有120种排法.试题集粹：1、从数字0、1、3、5、7中取出不同的三个作系数组成一元二次方程02cbxax，其中有实根的方程共有个.2、将6名运动员分成4组，由5名教练员分成4组分别辅导，不同的分配方法有种.3、身高互不相同的6个人排成2横行3纵列，在第一行的每个人都比他同列的身后的人个子矮，则所有不同排法共有种.4、乒乓球队的10名队员中有3名主力队员，