高中數學第十章 排列組合二項定理知識點總結

2021-10-16 15:08:11 字數 4905 閱讀 7654

考試內容:

數學探索版權所有分類計數原理與分步計數原理.

數學探索版權所有排列.排列數公式.

數學探索版權所有組合.組合數公式.組合數的兩個性質.

數學探索版權所有二項式定理.二項展開式的性質.

數學探索版權所有考試要求:

數學探索版權所有掌握分類計數原理與分步計數原理,並能用它們分析和解決一些簡單的應用問題.

數學探索版權所有理解排列的意義,掌握排列數計算公式,並能用它解決一些簡單的應用問題.

數學探索版權所有理解組合的意義,掌握組合數計算公式和組合數的性質,並能用它們解決一些簡單的應用問題.

數學探索版權所有掌握二項式定理和二項展開式的性質,並能用它們計算和證明一些簡單的問題.

§10. 排列組合二項定理知識要點

一、兩個原理.

1. 乘法原理、加法原理.

2. 可以有重複元素的排列.

從m個不同元素中,每次取出n個元素,元素可以重複出現,按照一定的順序排成一排,那麼第

一、第二……第n位上選取元素的方法都是m個,所以從m個不同元素中,每次取出n個元素可重複排列數m·m·… m = mn.. 例如:n件物品放入m個抽屜中,不限放法,共有多少種不同放法?

(解:種)

二、排列.

1. ⑴對排列定義的理解.

定義:從n個不同的元素中任取m(m≤n)個元素,按照一定順序排成一列,叫做從n個不同元素中取出m個元素的乙個排列.

⑵相同排列.

如果;兩個排列相同,不僅這兩個排列的元素必須完全相同,而且排列的順序也必須完全相同.

⑶排列數.

從n個不同元素中取出m(m≤n)個元素排成一列,稱為從n個不同元素中取出m個元素的乙個排列. 從n個不同元素中取出m個元素的乙個排列數,用符號表示.

⑷排列數公式:

注意:規定0! = 1

規定2. 含有可重元素的排列問題.

對含有相同元素求排列個數的方法是:設重集s有k個不同元素a1,a2,…...an其中限重複數為n1、n2……nk,且n = n1+n2+……nk, 則s的排列個數等於.

例如:已知數字3、2、2,求其排列個數又例如:數字5、5、5、求其排列個數?其排列個數.

三、組合.

1. ⑴組合:從n個不同的元素中任取m(m≤n)個元素並成一組,叫做從n個不同元素中取出m個元素的乙個組合.

⑵組合數公式:

⑶兩個公式:① ②

①從n個不同元素中取出m個元素後就剩下n-m個元素,因此從n個不同元素中取出 n-m個元素的方法是一一對應的,因此是一樣多的就是說從n個不同元素中取出n-m個元素的唯一的乙個組合.

(或者從n+1個編號不同的小球中,n個白球乙個紅球,任取m個不同小球其不同選法,分二類,一類是含紅球選法有一類是不含紅球的選法有)

②根據組合定義與加法原理得;在確定n+1個不同元素中取m個元素方法時,對於某一元素,只存在取與不取兩種可能,如果取這一元素,則需從剩下的n個元素中再取m-1個元素,所以有c,如果不取這一元素,則需從剩餘n個元素中取出m個元素,所以共有c種,依分類原理有.

⑷排列與組合的聯絡與區別.

聯絡:都是從n個不同元素中取出m個元素.

區別:前者是「排成一排」,後者是「並成一組」,前者有順序關係,後者無順序關係.

⑸①幾個常用組合數公式

②常用的證明組合等式方法例.

i. 裂項求和法. 如:(利用)

ii. 導數法. iii. 數學歸納法. iv. 倒序求和法.

v. 遞推法(即用遞推)如:.

vi.構造二項式. 如:

證明:這裡構造二項式其中的係數,左邊為

,而右邊

四、排列、組合綜合.

1. i.排列、組合問題幾大解題方法及題型:

①直接法. ②排除法.

③**法:在特定要求的條件下,將幾個相關元素當作乙個元素來考慮,待整體排好之後再考慮它們「區域性」的排列.它主要用於解決「元素相鄰問題」,例如,一般地,n個不同元素排成一列,要求其中某個元素必相鄰的排列有個.

其中是乙個「整體排列」,而則是「區域性排列」.

又例如①有n個不同座位,a、b兩個不能相鄰,則有排列法種數為.

②有n件不同商品,若其中a、b排在一起有.

③有n件不同商品,若其中有二件要排在一起有.

注:①③區別在於①是確定的座位,有種;而③的商品地位相同,是從n件不同商品任取的2個,有不確定性.

④插空法:先把一般元素排列好,然後把待定元素插排在它們之間或兩端的空檔中,此法主要解決「元素不相鄰問題」.

例如:n個元素全排列,其中m個元素互不相鄰,不同的排法種數為多少?(插空法),當n – m+1≥m, 即m≤時有意義.

⑤佔位法:從元素的特殊性上講,對問題中的特殊元素應優先排列,然後再排其他一般元素;從位置的特殊性上講,對問題中的特殊位置應優先考慮,然後再排其他剩餘位置.即採用「先特殊後一般」的解題原則.

⑥調序法:當某些元素次序一定時,可用此法.解題方法是:

先將n個元素進行全排列有種,個元素的全排列有種,由於要求m個元素次序一定,因此只能取其中的某一種排法,可以利用除法起到去調序的作用,即若n個元素排成一列,其中m個元素次序一定,共有種排列方法.

例如:n個元素全排列,其中m個元素順序不變,共有多少種不同的排法?

解法一:(逐步插空法)(m+1)(m+2)…n = n!/ m!;解法二:(比例分配法).

⑦平均法:若把kn個不同元素平均分成k組,每組n個,共有.

例如:從1,2,3,4中任取2個元素將其平均分成2組有幾種分法?有(平均分組就用不著管組與組之間的順序問題了)又例如將200名運動員平均分成兩組,其中兩名種子選手必在一組的概率是多少?

()注意:分組與插空綜合.例如:n個元素全排列,其中某m個元素互不相鄰且順序不變,共有多少種排法?有,當n – m+1 ≥m, 即m≤時有意義.

⑧隔板法:常用於解正整數解組數的問題.

例如:的正整數解的組數就可建立組合模型將12個完全相同的球排成一列,在它們之間形成11個空隙中任選三個插入3塊摸板,把球分成4個組.每一種方法所得球的數目依次為顯然,故()是方程的一組解.

反之,方程的任何一組解,對應著惟一的一種在12個球之間插入隔板的方式(如圖

所示)故方程的解和插板的方法一一對應.即方程的解的組數等於插隔板的方法數.

注意:若為非負數解的x個數,即用中等於,有,進而轉化為求a的正整數解的個數為 .

⑨定位問題:從n個不同元素中每次取出k個不同元素作排列規定某r個元素都包含在內,並且都排在某r個指定位置則有.

例如:從n個不同元素中,每次取出m個元素的排列,其中某個元素必須固定在(或不固定在)某一位置上,共有多少種排法?

固定在某一位置上:;不在某一位置上:或(一類是不取出特殊元素a,有,一類是取特殊元素a,有從m-1個位置取乙個位置,然後再從n-1個元素中取m-1,這與用插空法解決是一樣的)

⑩指定元素排列組合問題.

i. 從n個不同元素中每次取出k個不同的元素作排列(或組合),規定某r個元素都包含在內。先c後a策略,排列;組合.

ii. 從n個不同元素中每次取出k個不同元素作排列(或組合),規定某r個元素都不包含在內。先c後a策略,排列;組合.

iii從n個不同元素中每次取出k個不同元素作排列(或組合),規定每個排列(或組合)都只包含某r個元素中的s個元素。先c後a策略,排列;組合.

ii. 排列組合常見解題策略:

①特殊元素優先安排策略;②合理分類與準確分步策略;③排列、組合混合問題先選後排的策略(處理排列組合綜合性問題一般是先選元素,後排列);④正難則反,等價轉化策略;⑤相鄰問題插空處理策略;

⑥不相鄰問題插空處理策略;⑦定序問題除法處理策略;⑧分排問題直排處理的策略;⑨「小集團」排列問題中先整體後區域性的策略;⑩構造模型的策略.

2. 組合問題中分組問題和分配問題.

①均勻不編號分組:將n個不同元素分成不編號的m組,假定其中r組元素個數相等,不管是否分盡,其分法種數為(其中a為非均勻不編號分組中分法數).如果再有k組均勻分組應再除以.

例:10人分成三組,各組元素個數為2、4、4,其分法種數為.若分成六組,各組人數分別為1、1、2、2、2、2,其分法種數為

②非均勻編號分組: n個不同元素分組,各組元素數目均不相等,且考慮各組間的順序,其分法種數為

例:10人分成三組,各組人數分別為2、3、5,去參加不同的勞動,其安排方法為:種.

若從10人中選9人分成三組,人數分別為2、3、4,參加不同的勞動,則安排方法有種

③均勻編號分組:n個不同元素分成m組,其中r組元素個數相同且考慮各組間的順序,其分法種數為.

例:10人分成三組,人數分別為2、4、4,參加三種不同勞動,分法種數為

④非均勻不編號分組:將n個不同元素分成不編號的m組,每組元素數目均不相同,且不考慮各組間順序,不管是否分盡,其分法種數為…

例:10人分成三組,每組人數分別為2、3、5,其分法種數為若從10人中選出6人分成三組,各組人數分別為1、2、3,其分法種數為.

五、二項式定理.

1. ⑴二項式定理:.

展開式具有以下特點:

1 項數:共有項;

2 係數:依次為組合數

3 每一項的次數是一樣的,即為n次,展開式依a的降幕排列,b的公升幕排列展開.

⑵二項展開式的通項.

展開式中的第項為:.

⑶二項式係數的性質.

①在二項展開式中與首未兩項「等距離」的兩項的二項式係數相等;

②二項展開式的中間項二項式係數最大.

i. 當n是偶數時,中間項是第項,它的二項式係數最大;

ii. 當n是奇數時,中間項為兩項,即第項和第項,它們的二項式係數最大.

③係數和:

附:一般來說為常數)在求係數最大的項或最小的項時均可直接根據性質二求解. 當時,一般採用解不等式組的係數或係數的絕對值)的辦法來求解.

⑷如何來求展開式中含的係數呢?其中且把視為二項式,先找出含有的項,另一方面在中含有的項為,故在中含的項為.其係數為.

2. 近似計算的處理方法.

當a的絕對值與1相比很小且n不大時,常用近似公式,因為這時展開式的後面部分很小,可以忽略不計。類似地,有但使用這兩個公式時應注意a的條件,以及對計算精確度的要求.

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