解決排列組合問題要講究策略

2021-08-13 14:21:24 字數 6541 閱讀 6413

一、特殊優先,一般在後

對於問題中的特殊元素、特殊位置要優先安排。在操作時,針對實際問題,有時「元素優先」,有時「位置優先」。

例1 0、2、3、4、5這五個數字,組成沒有重複數字的三位數,其中偶數共有幾個?

解法一:(元素優先)分兩類:第一類,含0,0在個位有a42種,0在十位有a21·a31種;第二類,不含0,有a21·a32種。

故共有(a42+a21a31)+a32a21=30。

注:在考慮每一類時,又要優先考慮個位。

解法二:(位置優先)分兩類:第一類,0在個位有a42種;第二類,0不在個位,先從兩個偶數中選乙個放個位,再選乙個放百位,最後考慮十位,有a21a31a31種。

故共有a42+a21a31a31=30。

練習1 (89年全國)由數字1、2、3、4、5組成沒有重複數字的五位數,其中小於50000的偶數共有個(用數字作答)。

答案:36

二、排組混合,先選後排

對於排列與組合的混合問題,宜先用組合選取元素,再進行排列。

例2 (95年全國)4個不同的小球放入編號為1、2、3、4的四個盒內,則恰有乙個空盒的放法有幾種?

解:由題意,必有乙個盒內有2個球,同一盒內的球是組合,不同的球放入不同的盒子是排列。因此,有c42a43=144種放法。

練習2 由數字1,2,3,4,5,6,7組成有3個奇數字,2個偶數字的五位數,數字不重複的有多少個?

答案:有c43c32a55=1440(個)

三、元素相鄰,整體處理

對於某些元素要求相鄰排列的問題,可先將相鄰元素**成整體並看作乙個元素再與其它元素進行排列,同時對相鄰元素進行自排。

例3 5個男生3個女生排成一列,要求女生排一起,共有幾種排法?

解:先把3個女生**為乙個整體再與其他5個男生全排列。同時,3個女生自身也應全排列。由乘法原理共有a66·a33種。

練習3 四對兄妹站一排,每對兄妹都相鄰的站法有多少種?

答案:a44·24=384

四、元素間隔,分位插入

對於某些元素要求有間隔的排列,用插入法。

例4。 5個男生3個女生排成一列,要求女生不相鄰且不可排兩頭,共有幾種排法?

解:先排無限制條件的男生,女生插在5個男生之間的4個空隙,由乘法原理共有a55a43種。

注意:①必須分清「誰插入誰」的問題。要先排無限制條件的元素,再插入必須間隔的元素;②數清可插的位置數;③插入時是以組合形式插入還是以排列形式插入要把握準。

練習4 4男4女站成一行,男女相間的站法有多少種?

答案:2a44·a44

例5 馬路上有編號為1、2、3、…、9的9盞路燈,現要關掉其中的三盞,但不能同時關掉相鄰的兩盞或三盞,也不能關兩端的路燈,則滿足要求的關燈方法有幾種?

解:由於問題中有6盞亮3盞暗,又兩端不可暗,故可在6盞亮的5個間隙中插入3個暗的即可,有c53種。

練習5 從1、2、…、10這十個數中任選三個互不相鄰的自然數,有幾種不同的取法?

答案:c83。

五、元素定序,先排後除或選位不排或先定後插

對於某些元素的順序固定的排列問題,可先全排,再除以定序元素的全排,或先在總位置中選出定序元素的位置而不參加排列,然後對其它元素進行排列。也可先放好定序的元素,再一一插入其它元素。

例6。 5人參加百公尺跑,若無同時到達終點的情況,則甲比乙先到有幾種情況?

解法一:先5人全排有a55種,由於全排中有甲、乙的全排種數a22,而這裡只有1種是符合要求的,故要除以定序元素的全排a22種,所以有a55/a22=60種。

解法二:先在5個位置中選2個位置放定序元素(甲、乙)有c52種,再排列其它3人有a33,由乘法原理得共有c52a33=60種。

解法三:先固定甲、乙,再插入另三個中的第一人有3種方法,接著插入第二人有4種方法,最後插入第三人有5種方法。由乘法原理得共有3×4×5=60種。

練習6 要編制一張演出節目單,6個舞蹈節目已排定順序,要插入5個歌唱節目,則共有幾種插入方法?

答案:a1111/a66或c116a55=c115a55或7×8×9×10×11種

六、「小團體」排列,先「團體」後整體

對於某些排列問題中的某些元素要求組成「小團體」時,可先按制約條件「組團」並視為乙個元素再與其它元素排列。

例7 四名男歌手與兩名女歌手聯合舉行一場演唱會,演出的出場順序要求兩名女歌手之間有兩名男歌手,則出場方案有幾種?

解:先從四名男歌手中選2人排入兩女歌手之間進行「組團」有a42a22種,把這個「女男男女」小團體視為1人再與其餘2男進行排列有a33種,由乘法原理,共有a42a22a33種。

練習7 6人站成一排,其中一小孩要站在爸媽之間的站法有多少種?

答案:a22·a44

七、不同元素進盒,先分堆再排列

對於不同的元素放入幾個不同的盒內,當有的盒內有不小於2個元素時,不可分批進入,必須先分堆再排入。

例8 5個老師分配到3個班搞活動,每班至少乙個,有幾種不同的分法?

解:先把5位老師分3堆,有兩類:3、1、1分布有c53種和1、2、2分布有c51c42c22/a22種,再排列到3個班裡有a33種,故共有(c53+c51c42c22/a22)·a33。

注意:不同的老師不可分批進入同乙個班,須一次到位(否則有重複計數)。即「同一盒內的元素必須一次進入」。

練習8 有6名同學,求下列情況下的分配方法數:

①分給數學組3人,物理組2人,化學組1人;

②分給數學組2人,物理組2人,化學組2人;

③分給數學、物理、化學這三個組,其中一組3人,一組2人,一組1人;

④平均分成三組進行排球訓練。

答案:①c63c32c11;②c62c42c22;③c63c32c11·a33;④c62c42c22/a33。

八、相同元素進盒,用檔板分隔

例9 10張參觀公園的門票分給5個班,每班至少1張,有幾種選法?

解:這裡只是票數而已,與順序無關,故可把10張票看成10個相同的小球放入5個不同的盒內,每盒至少1球,可先把10球排成一列,再在其中9個間隔中選4個位置插入4塊「檔板」分成5格(構成5個盒子)有c94種方法。

注:檔板分隔模型專門用來解答同種元素的分配問題。

練習9 從全校10個班中選12人組成排球隊,每班至少一人,有多少種選法?

答案:c119

九、兩類元素的排列,用組合選位法

例10 10級樓梯,要求7步走完,每步可跨一級,也可跨兩級,問有幾種不同的跨法?

解:由題意知,有4步跨單級,3步跨兩級,所以只要在7步中任意選3步跨兩級即可。故有c73種跨法。

注意:兩類元素的排列問題涉及面很廣,應予重視。

練習10 3面紅旗2面黃旗,全部公升上旗桿作訊號,可打出幾種不同的訊號?

答案:c52

例11 沿圖中的網格線從頂點a到頂點b,最短的路線有幾條?

解:每一種最短走法,都要走三段「|」線和四段「—」線,這是兩類元素不分順序的排列問題。故有c74或c73種走法。

例12 從5個班中選10人組成校籃球隊(無任何要求),有幾種選法?

解:這個問題與例12有區別,雖仍可看成4塊「檔板」將10個球分成5格(構成5個盒子),是球與檔板兩類元素不分順序的排列問題。但某些盒子中可能沒有球,故4塊「檔板」與10個球一樣也要參與排成一列而佔位置,故有c144種選法。

練習11 (a+b+c+d)10的展開式有幾項?

提示:因為每一項都是由a,b,c,d中的乙個或多個相乘而得到的10次式,所以可以看成是10個球與3塊檔板這兩類元素不分順序的排列,故共有c133項。

注意:怎樣把問題等價轉化為「兩類元素的排列」問題是解題的關鍵。

十、個數不少於盒子編號數,先填滿再分隔

例13 15個相同的球放入編號為1、2、3的盒子內,盒內球數不少於編號數,有幾種不同的放法?

解:先用6個球按編號數「填滿」各盒(符合起碼要求),再把9個球放入3個盒內即可,可用2塊檔板與9個球一起排列(即為兩類元素的排列問題),有c112種。

十一、多類元素組合,分類取出。

例14 車間有11名工人,其中4名車工,5名鉗工,ab二人能兼做車鉗工。今需調4名車工和4名鉗工完成某一任務,問有多少種不同調法?

解:不同的調法按車工分為如下三類:第一類調4車工4鉗工;第二類調3車工4鉗工,從ab中調1人作車工;第二類調2車工4鉗工,把ab二人作為車工。

故共有c44c74+c43c21c64+c42c22c54=185種不同調法。

注:本題也可按鉗工分類。若按a、b分類,會使問題變得複雜

一、**法

精要:所謂**法,指在解決對於某幾個元素要求相鄰的問題時,先整體考慮,將相鄰元素視作乙個整體參與排序,然後再單獨考慮這個整體內部各元素間順序。

提醒:其首要特點是相鄰,其次**法一般都應用在不同物體的排序問題中。

【例題】有10本不同的書:其中數學書4本,外語書3本,語文書3本。若將這些書排成一列放在書架上,讓數學書排在一起,外語書也恰好排在一起的排法共有( )種。

解析:這是乙個排序問題,書本之間是不同的,其中要求數學書和外語書都各自在一起。為快速解決這個問題,先將4本數學書看做乙個元素,將3本外語書看做乙個元素,然後和剩下的3本語文書共5個元素進行統一排序,方法數為,然後排在一起的4本數學書之間順序不同也對應最後整個排序不同,所以在4本書內部也需要排序,方法數為,同理,外語書排序方法數為。

而三者之間是分步過程,故而用乘法原理得。

【例題】5個人站成一排,要求甲乙兩人站在一起,有多少種方法?

解析:先將甲乙兩人看成1個人,與剩下的3個人一起排列,方法數為,然後甲乙兩個人也有順序要求,方法數為,因此站隊方法數為。

【練習】一台晚會上有6個演唱節目和4個舞蹈節目,4個舞蹈節目要排在一起,有多少不同的安排節目的順序?

注釋:運用**法時,一定要注意**起來的整體內部是否存在順序的要求,有的題目有順序的要求,有的則沒有。如下面的例題。

【例題】6個不同的球放到5個不同的盒子中,要求每個盒子至少放乙個球,一共有多少種方法?

解析:按照題意,顯然是2個球放到其中乙個盒子,另外4個球分別放到4個盒子中,因此方法是先從6個球中挑出2個球作為乙個整體放到乙個盒子中,然後這個整體和剩下的4個球分別排列放到5個盒子中,故方法數是。

二、插空法

精要:所謂插空法,指在解決對於某幾個元素要求不相鄰的問題時,先將其它元素排好,再將指定的不相鄰的元素插入已排好元素的間隙或兩端位置。

提醒:首要特點是不鄰,其次是插空法一般應用在排序問題中。

【例題】若有a、b、c、d、e五個人排隊,要求a和b兩個人必須不站在一起,則有多少排隊方法?

解析:題中要求ab兩人不站在一起,所以可以先將除a和b之外的3個人排成一排,方法數為,然後再將a和b分別插入到其餘3個人排隊所形成的4個空中,也就是從4個空中挑出兩個併排上兩個人,其方法數為,因此總方法數。

【例題】8個人排成一隊,要求甲乙必須相鄰且與丙不相鄰,有多少種方法?

解析:甲乙相鄰,可以**看作乙個元素,但這個整體元素又和丙不相鄰,所以先不排這個甲乙丙,而是排剩下的5個人,方法數為,然後再將甲乙構成的整體元素及丙這兩個元素插入到此前5人所形成的6個空裡,方法數為,另外甲乙兩個人內部還存在排序要求為。故總方法數為。

【練習】5個男生3個女生排成一排,要求女生不能相鄰,有多少種方法?

注釋:將要求不相鄰元素插入排好元素時,要注釋是否能夠插入兩端位置。

【例題】若有a、b、c、d、e五個人排隊,要求a和b兩個人必須不站在一起,且a和b不能站在兩端,則有多少排隊方法?

解析:原理同前,也是先排好c、d、e三個人,然後將a、b查到c、d、e所形成的兩個空中,因為a、b不站兩端,所以只有兩個空可選,方法總數為。

注釋:對於**法和插空法的區別,可簡單記為「相鄰問題**法,不鄰問題插空法」。

三、插板法

精要:所謂插板法,指在解決若干相同元素分組,要求每組至少乙個元素時,採用將比所需分組數目少1的板插入元素之間形成分組的解題策略。

提醒:其首要特點是元素相同,其次是每組至少含有乙個元素,一般用於組合問題中。

【例題】將8個完全相同的球放到3個不同的盒子中,要求每個盒子至少放乙個球,一共有多少種方法?

解析:解決這道問題只需要將8個球分成三組,然後依次將每一組分別放到乙個盒子中即可。因此問題只需要把8個球分成三組即可,於是可以講8個球排成一排,然後用兩個板查到8個球所形成的空裡,即可順利的把8個球分成三組。

其中第乙個板前面的球放到第乙個盒子中,第乙個板和第二個板之間的球放到第二個盒子中,第二個板後面的球放到第三個盒子中去。因為每個盒子至少放乙個球,因此兩個板不能放在同乙個空裡且板不能放在兩端,於是其放板的方法數是。(板也是無區別的)

【例題】有9顆相同的糖,每天至少吃1顆,要4天吃完,有多少種吃法?

解析:原理同上,只需要用3個板插入到9顆糖形成的8個內部空隙,將9顆糖分成4組且每組數目不少於1即可。因而3個板互不相鄰,其方法數為。

【練習】現有10個完全相同的籃球全部分給7個班級,每班至少1個球,問共有多少種不同的分法?

注釋:每組允許有零個元素時也可以用插板法,其原理不同,注意下題解法的區別。

【例題】將8個完全相同的球放到3個不同的盒子中,一共有多少種方法?

解析:此題中沒有要求每個盒子中至少放乙個球,因此其解法不同於上面的插板法,但仍舊是插入2個板,分成三組。但在分組的過程中,允許兩塊板之間沒有球。

其考慮思維為插入兩塊板後,與原來的8個球一共10個元素。所有方法數實際是這10個元素的乙個佇列,但因為球之間無差別,板之間無差別,所以方法數實際為從10個元素所佔的10個位置中挑2個位置放上2個板,其餘位置全部放球即可。因此方法數為。

注釋:特別注意插板法與**法、插空法的區別之處在於其元素是相同的。

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