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浅析排列组合中的三类问题

  • 投稿令狐
  • 更新时间2015-09-21
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董新青

任丘市职教中心河北 任丘062550

摘 要:排列、组合问题的背景丰富,情景陌生,题型多彩,变化万千,方法多样,似乎无特定的模式和规律可循,学生学习起来,大多无从下手,难度很大。本文从万千题型中,归纳总结出三类问题,这三类问题,虽远不能涵盖所有的排列组合问题,但掌握了它,通过“举一反三”,对于学好排列组合问题将大有裨益。

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关键词 :合并;取法数;模型

1 涂色问题

涂色问题是排列、组合问题中的一类,也是近年来高考的热点,下面就几例高考题浅谈一下这类题型的解法。

例1 将3种农作物种植在如下图的5块试验田里,每块种植一种农作物且相邻的试验田不能种植同一农作物,不同的种植方法共有多少种。

解: 第一步,根据题目要求,将5块试验田合并为3块,有如下7种方法:

①(A、C)、(B、D)、E;②(A、C)、(B、E)、D;③(A、D)、(B、E)、C; ④(A、D)、(C、E)、B;⑤ (A、E)、(B、D)、C;⑥ (B、D)、(C、E)、A;⑦ (A、C、E)、B、D

综上,涂法总数为:24+48=72。

由上例可知,求解涂色问题,先要根据题意,理清完成涂色任务至少需要几种颜色,然后按所需颜色种数进行分类。解每一类,根据题意把所有区域合并,其合并数为所用颜色数,然后进行涂色(排列),得出这一类的不同涂色种数。最后由加法原理得出涂法总数。

2 分组问题

分组问题是排列组合问题中较为重要的一个问题,它是解决某些分配问题的基础,要求学生必须掌握。

例1 4个不同的小球,放入编号为1、2、3、4的4个盒子里,恰有一个空盒的放法共有多少种

综上,不同的分法总数为:1080+480=1560种。

解决分配问题的原则是:先分组后分配(排列),因而,掌握分组的规律至关重要。

3 相同元素的分配问题——隔板法

排列、组合针对的是不同元素的分配问题,因而,有些相同元素的分配问题不能直接利用排列、组合求解。它的解法比较特殊,需要我们建立合适的数学模型。下面就几个具体实例说明这类题型的解法。

例1 12个相同的小球放入编号为1、2、3、4的4个盒子里:①每个盒子至少一个小球的不同放法有多少种;②如果允许每盒可空,那么不同的放法有多少种;③如果要求每个盒子中的小球数不小于其编号数,则不同的放法有多少种?

解:①将这12个小球排成一排,则其中间产生11个空档;利用3个隔板放入小球之间,可将小球方分成4部分。因而,从11个空档中选出3个来放隔板,不同的放法,对应不同的分法。故分法种数为:种。

②因为每盒可空,所以隔板之间允许无球,插入法不再适应。现建立如下数学模型:将3个隔板(把球分成4部分,需3隔板)和12个球排成一排,共需15个位置,从这15个位置中任取3个放隔板(当然,其余位置放小球),不同的放法,对应不同的分法。(例:一排排列如又所示:000—00000——0000,则1盒放3个,2盒放5个,3盒放0个,4盒放4个)因而,小球不同的放法种数为:种。

③解法一:用①的处理方法。

首先,4个盒子里分别放入0个、1个、2个、3个小球,则剩余6个小球,它们之间产生5个空档。然后,利用插入法,从5个空档中取3个放隔板,则共有不同的分法:种。

解法二:用②的处理方法。

首先,每个盒子里放入与其编号数相同的小球,用去10个小球,还剩2个小球,此时允许每个盒子可空。2个小球与3个隔板排成一排,共需5个位置。然后,从5个位置中任取3个放隔板,则不同的分法共有:种。

例2 某校高二有7个班,从中选择10人参加数学竞赛:①每班至少一人,共有多少不同的选法;②如果允许有的班无人参赛,共有多少不同的选法?

解:参赛的10人,在此题中为10个名额,它们是相同的元素。因而,需用隔板法来处理。

①10个名额之间产生9个空档,从中任取6个放隔板,可将10个名额分成7部分。则不同的选法数共有:种。

②10个名额和6个隔板(把10个名额分成7部分只需6个隔板)排成一排,共占用16个位置,从中任取6个位置放隔板,则不同的选法数共有:

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参考文献:

[1]刘强主编.《轻巧夺冠》.

[2]高峰主编.《状元之路》.