排列数 A(n,m) ———-即 字母A右下角n 右上角m,表示n取m的排列数A(n,m)=n!/(n-m)!=n*(n-1)*(n-2)*……*(n-m+1)A(n,m)等于从n 开始连续递减的 m 个自然数的积n取m的排列数 A(n,m) 等于从n 开始连续递减的 m 个自然数的积例: A(7,3)=7*6*5=210 组合数 C(n,m) ———-即 字母C右下角n 右上角m,表示n取m的排列数C(n,m)=n!/(m!*(n-m)!)=n*(n-1)*(n-2)*……*(n-m+1)/(1*2*3*……*m)C(n,m)等于(从n 开始连续递减的 m 个自然数的积)除以(从1开始连续递增的 m 个自然数的积)n选m的组合数 C(n,m) 等于(从n 开始连续递减的 m 个自然数的积)除以(从1开始连续递增的 m 个自然数的积) 例: C(7,3)=7*6*5/(1*2*3)=35
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解答排列组合问题排列组合a,首先必须认真审题,明确是属于排列问题还是组合问题,或者属于排列与组合的混合问题,其次要抓住问题的本质特征,灵活运用基本原理和公式进行分析,同时还要注意讲究一些策略和方法技巧。下面介绍几种常用的解题方法和策略。
一、合理分类与准确分步法(利用计数原理)
解含有约束条件的排列组合问题,应按元素性质进行分类,按事情发生的连续过程分步,保证每步独立,达到分类标准明确,分步层次清楚,不重不漏。
例1 、五个人排成一排,其中甲不在排头,乙不在排尾,不同的排法有 ( )
A.120种 B.96种 C.78种 D.72种
分析:由题意可先安排甲,并按其分类讨论:1)若甲在末尾,剩下四人可自由排,有P(4,4)=24 种排法;2)若甲在第二,三,四位上,则有C(3,1)*C(3,1)*P(3,3)=54 种排法,由分类计数原理,排法共有78 种,选C。
解排列与组合并存的问题时,一般采用先选(组合)后排(排列)的方法解答。
例 2、 4个不同小球放入编号为1,2,3,4的四个盒中,恰有一空盒的方法有多少种?
分析: 因恰有一空盒,故必有一盒子放两球。1)选:从四个球中选2个有 C(4,2)种,从4个盒中选3个盒有 C(4,3)种;2)排:把选出的2个球看作一个元素与其余2球共3个元素,对选出的3盒作全排列有P(3,3) 种,故所求放法有C(4,2)*C(4,3)*P(3,3)=144 种。
二、特殊元素与特殊位置优待法
对于有附加条件的排列组合问题,一般采用:先考虑满足特殊的元素和位置,再考虑其它元素和位置。
例3、 用0,2,3,4,5,五个数字,组成没有重复数字的三位数,其中偶数共有( )。
A. 24个 B。30个 C。40个 D。60个
[分析]由于该三位数为偶数,故末尾数字必为偶数,又因为0不能排首位,故0就是其中的“特殊”元素,应该优先安排,按0排在末尾和0不排在末尾分两类:1)0排末尾时,有P(4,2)=12个,2)0不排在末尾时,则有C(2,1)C(3,1)C(3,1)=18 个,由分数计数原理,共有偶数 30个,选B。
例4、 马路上有8只路灯,为节约用电又不影响正常的照明,可把其中的三只灯关掉,但不能同时关掉相邻的两只或三只,也不能关掉两端的灯,那么满足条件的关灯方法共有多少种?
分析:表面上看关掉第1只灯的方法有6种,关第二只,第三只时需分类讨论,十分复杂。若从反面入手考虑,每一种关灯的方法对应着一种满足题设条件的亮灯与关灯的排列,于是问题转化为“在5只亮灯的4个空中插入3只暗灯”的问题。故关灯方法种数为C(4,3)=4 。
三、插空法、捆绑法
对于某几个元素不相邻的排列问题,可先将其他元素排好,再将不相邻元素在已排好的元素之间及两端空隙中插入即可。
例5、7人站成一排照相, 若要求甲、乙、丙不相邻,则有多少种不同的排法?
分析: 先将其余四人排好有P(4,4)种排法,再在这人之间及两端的5个“空”中选三个位置让甲乙丙插入,则有P(5,3) 种方法,这样共有P(4,4)*P(5,3)=1440种不同排法。
对于局部“小整体”的排列问题,可先将局部元素捆绑在一起看作一个元,与其余元素一同排列,然后在进行局部排列。
例6、 7人站成一排照相,甲、乙、丙三人相邻,有多少种不同排法?
分析: 把甲、乙、丙三人看作一个“元”,与其余4人共5个元作全排列,有P(5,5) 种排法,而甲乙、丙、之间又有P(3,3) 种排法,故共有P(5,5)*P(3,3)=720 种排法。
四、排除法
对于含有否定字眼的问题,可以从总体中把不符合要求的除去,此时需注意不能多减,也不能少减。
例如在例3中,也可用此法解答:五个数字组成三位数的全排列有C(4,1)P(4,2)=48个,排好后发现0不能排首位,而且数字3,5也不能排末位,这两种排法要除去,故有C(4,1)p(4,2)-C(2,1)C(3,1)P(3,1)=30个偶数。
五、顺序固定问题用“除法”( 对等法 )
对于某几个元素顺序一定的排列问题,可先把这几个元素与其他元素一同排列,然后用总排列数除以这几个元素的全排列数。
例7、 6个人排队,甲、乙、丙三人按“甲—乙—丙”顺序排的排队方法有多少种?
分析: 不考虑附加条件,排队方法有P(6,6)种,而其中甲、乙、丙的 种排法中只有一种符合条件。故符合条件的排法有P(6,6)/P(3,3)=120 种。
六、构造模型 “挡板法”
对于较复杂的排列问题,可通过设计另一情景,构造一个隔板模型来解决问题。
例8、 方程a+b+c+d=12有多少组正整数解?
分析:建立隔板模型:将12个完全相同的球排成一列,在它们之间形成的11个间隙中任意插入3块隔板,把球分成4堆,每一种分法所得4堆球的各堆球的数目,对应为a、b、c、d的一组正整解,故原方程的正整数解的组数共有C(11,3)=165 。
例9、把10本相同的书发给编号为1、2、3的三个学生阅览室,每个阅览室分得的书的本数不小于其编号数,试求不同分法的种数?
解:先让2、3号阅览室依次分得1本书、2本书;再对余下的7本书进行分配,保证每个阅览室至少得一本书,这相当于在7本相同书之间的6个“空档”内插入2块隔板共有 C(6,2)=15种插法。
又如六个“优秀示范员”的名额分配给四个班级,有多少种不同的分配方法? 经过转化后都可用此法解。
七、分排问题“直排法”
把几个元素排成前后若干排的排列问题,若没有其它的特殊要求,可采取统一排成一排的方法来处理。
例9、7个人坐两排座位,第一排3个人,第二排坐4个人,则不同的坐法有多少种?
分析:7个人可以在前两排随意就坐,再无其它条件,故两排可看作一排来处理,不同的坐法共有 P(7,7)=5040种。
八、构造方程或不等式
例10:某赛季足球比赛的记分规则是:胜一场得3分;平一场得1分;负一场得0分。一球队打完15场积33分,若不考虑顺序,该队胜、负、平情况共有( )
A.3种 B.4种 C.5种 D.6种
解析:设该队胜x场,平y场,则负(15-x-y)场,由题意得3x+y=33
y=33-3x ( 0≤ x≤11且x+y≤15 )
因此,有以下三种情况:
x=11,y=0或x=10,y=3或x=9,y=6 故选A
例12、把一张20元面值的人民币换成1元、2元或5元面值的人民币,有多少种不同的换法?
解:设对换成1元的人民币x张,2元的人民币y张,5元的人民币z张, 则 x+2y+5z=20
当z = 0时,x+2y=20 , x可以取0、2、4…20,有11种方法。
当z = 1时,x+2y=15 , x可以取1、3、5…15,有8种方法。
当z = 2时,x+2y=10 , x可以取0、2、4…10,有6种方法。
当z = 3时,x+2y=5 , x可以取1、3、5有3种方法。
当z = 4时,x+2y=0 , x=0,y=0, 1种方法。
故共有11+8+6+3+1=29种方法。
九、枚举法:
有些计数问题由于条件过多,从排列或组合的角度思考不太方便,可以尝试用枚举法,枚举时也要按照一定的思路进行,才能做到不重不漏。
例11:某寝室4名同学各写了一张新年贺卡,先集中起来,然后每人从中取走一张别人写的贺卡,问有多少种不同的取法?
解:设4位同学分别为A、B、C、D,各人取别人贺卡的不同取法可罗列成下表:
同学A 同学B 同学C 同学D
1 B A D C
2 B C D A
3 B D A C
4 C A D B
5 C D A B
6 C D B A
7 D A B C
8 D C A B
9 D C B A
故共有9种不同的取法。