高中数学排列组合说课讲解

数学排列组合




高中

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模块九 排列与组合、二项式定理
第一部分：排列、组合
一。计数原理
加法计数原理：如果完成一件事情可以分为m 类，每一类的方法数分别
是：N
1
，N
2
，N
3
， …..N
m
,则完成这件事情共有N
1
+N
2
+N
3
+…..+N
m
种方法。
（又称分类计数原理）
乘法计数原理： 如果完成一件事情须分为m步，每一步的方法数分别是：
N
1
，N
2
，N
3
，…..N
m
,则完成这件事情共有N
1
?
N
2
?
N
3
?
…..
?
N
m种方法。
（又称分类计数原理）
分类计数原理与分步计数原理是计数问题的基本原理，它 贯穿于全章学习的始终，体
现了解决问题时将其分解的两种常用方法，即把问题分类解决和分步解决。正 确区分和使
用两个原理是学好本章的关键，其核心是“完成一件事”是“分类”完成，还是“分步”完成 .
二。排列数、组合数的定义
①排列数：从n个元素中取出m个排成一列（即排入m个位置），共有
A
n
种排法。
A
m
n
=n（n－1）（n－2）…（n－m+1）.特别的：
A< br>n
?n!

n
m
②组合数：从n个元素中取出m个形成一个组合，共有
C
n
种取法。
C
m
n
=
n!
0n
特别地：
C
n
?
1,
C
n
?
1

(n?m)!m!
m
组合数的两个性质：
n?m
mm?1
（1）C
m
=C
； （2）C
m
.
n?1
=C
n
+C
nn
n
三。解决排列、组合问题的四大原则及基本方法
1. 特殊优先原则
该原则是指在有限制的排列组合问题中优先考虑特殊元素或特殊位置．
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范例甲、乙、 丙三个同学在课余时间负责一个计算机房的周一至周六的值班工
作，每天１人值班，每人值班2天，如果 甲同学不值周一的班，则可以排出不
同的值班表有（ ）
Ａ．90种 Ｂ．89种
Ｃ．60种 Ｄ．59种
解析：特殊元素优先考虑，甲同学 不值周一的班，则先考虑甲，分步完
成：①从除周一的5天中任取2天安排甲有
C
5< br>种；②从剩下的4天中选2天
安排乙有
C
4
种；③仅剩2天安排丙有< br>C
2
种．由分步乘法计数原理可得一共有
2
2
2
22
C
5
2
·C
4
·C
2
?60
种， 即选Ｃ．
评注：特殊优先原则是解有限制的排列组合问题的总原则，对有限制的元
素和有 限制的位置一定要优先考虑．
2.先取后排原则
mmm
该原则充分体现了C
n
·A
m
?A
n
的精神实质，先组合后排列，从而避 免了不
必要的重复与遗漏．
范例将4名教师分配到3所中学任教，每所中学至少1名教师，则不同的分配
方案共有（ ）．
Ａ．12种 Ｂ．24种 Ｃ．36种 Ｄ．48种
解析：先分组再排列：将 4名教师分成3组有
C
4
种分法，再将这三组分
23
配到三所学校有
A
3
3
种分法，由分步乘法计数原理知一共有
C
4
·A
3
?36
种不同分
2
配方案．
评注：先取后排原 则也是解排列组合问题的总原则，尤其是排列与组合的
综合问题．若本例简单分步：先从4名教师中取3 名教师分给3所学校有
A
4
3
种
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·3?72
种分配方
方法，再将剩下的1 名教师分给3所学校有3种选择，则共有
A
4
3
案，则有明显重复（如：甲、 乙、丙、丁和甲、乙、丁、丙）．因此，处理多
元素少位置问题时一般采用先取后排原则．
3.正难则反原则
若从正面直接解决问题有困难时，则考虑事件的对立事件，从不合题意要
求的情况入手，再整体排除．
范例在100件产品中有6件次品，现从中任取3件产品，至少取到１件次品的
不同取法的种数 是（ ）
12
C
94
Ａ．
C
6
Ｂ．
C
6
C
99

12

33
Ｃ．
C
100
?C
94


33
Ｄ．
A
100
?C
94

解析： 从100件次品中取3件产品，至少有1件次品的对立事件是取到3
3
件全部是正品，即从94 件正品中取3件正品有
C
94
种取法，所以满足条件的不
33
?C< br>94
同取法是
C
100
，故选Ｃ．如果从正面考虑，则必须分取到1， 2，3件次品这
12
C
99
，即从6件
三类，没有应用排除法来得简 单．而本例最易迷惑人的是Ｂ：
C
6
次品中取1件确保了至少有1件次品，再从剩下的 99件产品中任取2件即
可．事实上这样分步并不相互独立，第一步对第二步有明显影响，设次品为12
C
99
可以是
ＡＢ
甲，也可能是
ＢＡ
甲， 因而
ABCDEF
，正品为甲乙丙丁戊…则
C
6
重复．
评注：正难则反原则也是解决排列组合问题的总原则，如果从正面考虑不
易突破，一般寻找反面途径．利 用正难则反原则的语境有其规律，如当问题中
含有“至少”，“最多”等词语时，易用此原则．
4.策略针对原则
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不同类型的排列、组合问题有着不同的应对策略，不同的限制条件要采用
不同的解题方法．
①相邻问题捆绑法（整体法），不相邻问题插空法
范例17人站成一排 ,其中甲乙相邻且丙丁相邻, 共有多少种不同的排法.
解析：可先将甲乙两元素捆绑成整体并看成一 个复合元素，同时丙丁也看成一
个复合元素，再与其它元素进行排列，同时对相邻元素内部进行自排。由
522
A
2
A
2
?480
种不同的排法 分步计数原理可得共有
A
5
甲乙
丙丁


要求某几个元素必须排在一起的问题,可以用捆绑法来解决问题.即将需要相邻

< br>范例2例3.一个晚会的节目有4个舞蹈,2个相声,3个独唱,舞蹈节目不能连续
出场,则节目 的出场顺序有多少种？
解析:分两步进行第一步排2个相声和3个独唱共有
A
55
种，第二步将4舞蹈插
4
入第一步排好的6个元素中间包含首尾两个空位共有种
A
6
不同的方法,由分
4
步计数原理,节目的不同顺序共有
A
5
5
A
6
种


元素相离问题可先把没有位置要求的元素进行排队再把不相邻元素插入
②合理分类直接分步法
范例在由数字1，2，3，4，5组成的所有没有重复数字的5位数中，大于
23145且小于 43521的数共有（ ）个． （ ）
Ａ．56 Ｂ．57 Ｃ．58 Ｄ．60
解析：所
43521的数由以










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有大于23145且小于
下几类构成：

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由分类加法计数原理可得，一共有
1?2A
2
2
?2A
3
3
?A
4
4
?2A
3
3
?2A
2
2
?1?58
个，故
选Ｃ．
评注：合理分 类与直接分步是两个基本原理———分类加法计数原理和分
步乘法计数原理最直接的体现，是解排列组合 问题的最原始的方法．诸多排列
组合问题总是从合理分类，直接分步得到解决的．
③顺序一定消序法（用除法）
范例17人排队,其中甲乙丙3人顺序一定共有多少不同的排法
解:(倍缩法)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
素一起进行排 列,然后用总排列数除以这几个元素之间的全排列数,
7
A
7
则共有不同排法 种数是：
3

A
3
4
(空位法)设想有7把椅子让 除甲乙丙以外的四人就坐共有
A
7
种方法，其余
4
的三个位置甲乙丙 共有 1种坐法，则共有
A
7
种方法。
范例2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中，那么不同插法的种数为 （ ）．
Ａ．42 Ｂ．30 Ｃ．20 Ｄ．12
解析：新插入两个节 目，而原来的5个节目顺序不变，从结果考虑，7个
节目的全排列是
A
7
7< br>，而顺序不变的5个节目的全排列是
A
5
5
，不变的顺序是总体
7
A
7
1
的
5
，则一共有
5
?42种不同的插入种数，故选A．
A
5
A
5
评注：某些元素顺 序不变的排列用除法解决，即若共有n个元素，其中m
个元素顺序不变，则其不同的排列数为．当然本题 可以这样考虑：最终有7个
节目位置，从7个位置中任选2个位置安排新增节目有
A
7
2
种方法，其他5个位
置按原5个节目的固定顺序排列，因此共有
A
7
2
?42
种不同的插入方法．
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④对象相同（元素相同的排列、分配）隔板法
范例10个相同的小球放到3个不同的盒中，每个盒不空，一共有______种不
同的放法．
解析：10个相同的小球有9个空档（确保盒子不空）．从9个空档中选2
个空档放入两块隔板，将小 球分成三部分（每一种放档板的放法对应着10个小
球分成3部分的分法），每部分一一对应着一个不同 的小盒．因此一共有
C
9
2
种
不同的放法，即
C
9
2
?36
种．
四。几个特殊问题
1. 每个位置排入的元素个数不唯一的排列
范例1一辆公交车上有5个人，沿途有三个停靠站，则这5人的下车方法共有
____种。
解析：由于5人必须都下车，每人都有3种下车方法，故有
5
3
种下车方法。
范例2把6名实习生分配到7个车间实习,共有多少种不同的分法
解析:完成此事共分六步:把第一名实习生分配到车间有 7 种分法.把第
二名实习生分配到 车间也有7种分依此类推,由分步计数原理共有
7
6
种
不同的排法。
2. 不同元素分组问题
①不平均分组问题
范例有9本不同的书，分为3堆，一堆4本，一堆3本，一堆2本，分法有
______种。
答：
C
9
?C
5
?C
2

②平均分组问题
范例有9本不同的书，分为3堆，每堆3本，分法有______种。
答：
432
C
9
C
6
C
3
A
3
3
333

3. 不同元素分配问题
要点：先分组，再入位。
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①不平均分配问题
范例有9本不同的书，分给3人，一人4本，一人3本，一人2本，分法有
______种。
答：先分为3组有
C
9
?C
5
?C
2
种方法，再把 3组数分给3人有
A
3
种，故
共有
C
9
?C
5
?C
2
A
3
方法。
②平均分组问题
范例有9本不同的书，分为3堆，每堆3本，分法有______种。
答：
4323< br>4323
C
9
C
6
C
3
A
3
3
333
?A
3
即有
C
9
?C
6
?C
3
种分法。
3
333
第二部分：二项式定理
1.定理内容
即
(a?b)
n
=
C
n
a
n
?C
n
a
n?1
b?C
n
a
n ?2
b
2
?C
n
a
n?3
b
3
?
………+
C
n
b
n

(a?b)
n
展开式的通项公式为：
C
n
a
n?r
b
r
。注意 ：第r+1项为
C
n
a
n?r
b
r

rr
0123n
范例
(1
?
x)
n
?
C
n
?
C
n
x?C
n
x
2
?C
n
x
3
?
………+
C
n
x
n

令x=1有
C
n
?C
n
?C
n
?C
n
?
………+
C
n
=2
n

2.两个概念的区别
①二项式系数：特指展开式中的
C
n
，
………，
C
n

C
n
，C
n
，C
n
，
②二项式展开式的系数：
以
(3?x)
n
为例：
rrr

(3?x)
n
展开式的第r+1项为
C
n
3
n?
（?1）x
：
rr
其中二项式系数为
C
n
，二项式展开式的系数为：
C
n
3
n?
（
?1）
rr
r
0123
0123
0123n
n
n
3.求展开式的系数的和
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范例
2?x
展开式的系数的和是________。
解析：令x=1，得< br>2?x
展开式的系数的和为
(2?1)
8
=1.
4. 求展开式的第r+1项的系数
范例1
2?x
展开式的第三项的系数是_______.
解析：
2 ?x
展开式的第r+1项为：
C
8
2
8?r
(?1)x，第三项的系数是
–
C
8
2
6
=-1792
范例2
(1?x)
4
(1?x)
3
的展开式
x
2
的系数是（ A ）
(A)-6 (B)-3 (C)0 (D)3
解析：
(1?x)
的通项为
C
4
(?1)x
，
(1?x)
的通项为
C
3
(?1)x
,故
(1?x)(1?x)
的展开式的通项为
C
4
(?1)
C
3
(?1)x
1
43
??
8
??
8
??< br>8
??
8
r
r
2
r
2
2
4
r
rr
3
k
k
k
2
r
r
k
k
2r?k
2
2
，当r=1,k=2及r=2，
20k=0时，会出现
x
2
，故
x
2
的系数为
C< br>4
(?1)
1
C
3
(?1)
2
+
C
4
(?1)
2
C
3
(?1)
0
=-6.
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