第一课时 排列组合问题的解题方法(一) 下载本文

止,另一方获胜,形成一个比赛过程.

(1)已知中方动用了5名队员,取得了胜利,问这样的比赛过程有多少种? (2)求由中方第8位选手获得最后胜利的概率.

解:(1)中方胜利时,双方共有8?5?13名队员参加了比赛,将他们按淘汰的顺序从左向右排列,则最右为中方5号,右第二个为韩方8号,从右第三个至最左,共11个位置上,有4个位置排中方队员,其余排韩方队员,每一种排法,对应一种比赛结果,故共有

4C11?330种.

7C144(2)p?8?.

C16154. 若7位同学站成一排

(1)甲、乙两同学不能相邻的排法共有多少种? (2)甲、乙和丙三个同学都不能相邻的排法共有多少种?

762解:(1)解法一:(排除法)A7?A6?A2?3600;

5解法二:(插空法)先将其余五个同学排好有A5种方法,此时他们留下六个位置(就称2为“空”吧),再将甲、乙同学分别插入这六个位置(空)有A6种方法,所以一共有52A5A6?3600种方法.

(2)先将其余四个同学排好有A4种方法,此时他们留下五个“空”,再将甲、乙和丙

33三个同学分别插入这五个“空”有A5种方法,所以一共有A4A5=1440种.

44【课后记】

第二课时排列组合问题的解题方法(二)

教学目标:

掌握几类特殊的排列问题的解决技巧.

教学重点:掌握“错位排列”、“圆桌排列”、“转化命题”等问题的解题技巧. 教学难点:如何应用“技巧”解题. 教学过程: 【例析技巧】

四.错位排列问题

n个不同元素排成一排,有m个元素(m?n)不排在相应位置的排列种数共有:

n1n?12n?23n?3mn?mAn?CmAn?1?CmAn?2?CmAn?3?????(?1)mCmAn?m. 0当n?m时,规定A0?0!?1,这个公式亦成立.

例7 五封标号为1~5的信放进5个编号为1~5的信笺里面,若信的编号与信笺的编号都不相同,一共有多少种不同放法.

解:这是著名的信封问题,很多著名数学家都研究过.瑞士数学家欧拉按一般情况给出了一个递推公式:

用A、B、C??表示写着n位友人名字的信封,a、b、c??表示n份相应的写好的信.把错装的总数记为f(n).假设把a错装进B里了,包含着这个错误的一切错装法分两类:

(1)b错装进A里,这时每种错装的其余部分都与a、b、A、B无关,应有f(n?2)种错装法.

(2)b错装进A、B之外的信封,这时的装信工作实际是把(除a之外的)信纸b、

c??装入(除B之外的)n?1个信封A、C??,显然这种错装方法有f(n?1)种.

错装的其余部分都与a、b、A、B无关,应有f(n?2)种错装法. 总之在a错装入B的错误之下,共有错装法f(n?1)?f(n?2)种. 装入D??的n?2种错误之下,同样都有f(n?1)?f(n?2)种错装法. 因此f(n)?(n?1)[f(n?1)?f(n?2)],显然f(1)?0,f(2)?1. 由此可得f(5)?44.

注意:用容斥原理亦可解决此题. 普遍结论为错排公式1:f(n)?n![1?1111???????(?1)n]. 1!2!3!n!错排递推公式2: f(n)?(n?1)[f(n?1)?f(n?2)]

错排公式3:An?CmAn?1?CmAn?2?CmAn?3?????(?1)CmAn?m

例8 有5个人站成一排,其中A不站第一位,B不站第二位,C不站第三位,D不站

n1n?12n?23n?3mmn?m第四位,E不站第五位,共有多少种不同的站法.

解析:上面两例实际上可以看成n个不同元素中有m(m?n)错位排列的问题. 而这个问题是其特殊情况,即全错位排列问题.

514233241500共有A5?C5A4?C5A3?C5A2?C5A1?C5A0?44种(注意A0?0!?1)

例9 同室四人各写一张贺年卡,先集中起来.然后每人从中拿一张别人送出的贺年卡.则四张贺年卡不同的分配方式有

A.6种 B.9种 C.11种 D.23种 解析:由上面公式得:

413223140A4?C4A3?C4A2?C4A1?C4A0?9种,∴选择B答案.

因此可得到全错位排列的公式:

n个不同元素排成一排,第一个元素不在第一位,第二个元素不在第二位,??,第n个元素不在第n位的排列数为:

n1n?12n?23n?3n0An?CnAn?1?CnAn?2?CnAn?3?????(?1)nCnA0

nn?12n?23n?3mn?m这实际上是公式An?C1(?1)mCmAn?m的特殊情况.这mAn?1?CmAn?2?CmAn?3?????个公式很有用,只要有特殊元素不站特殊位置的问题,都可以用这个公式很快得到解决,希望这个公式对大家有所帮助.

五. 圆桌排列

从n个不同元素中不重复的取出m(1?m?n)个元素排在一个圆周上,叫做这n个不同元素的圆排列.如果一个m-圆排列旋转可以得到另一个m-圆排列,则认为这两个圆排列是相同的.

特别的,当m?n时,n个不同元素作成的圆排列总数为(n?1)!.

证明:在圆周上任选一个位置排a1有n种排法,再选一个位置排a2有n?1种排法,?,最后一个位置排an有1种排法.而这n个人顺时针(或逆时针)挪动n次位置都是同一种排列.所以共有

n!?(n?1)!种排法. n例10 有5对夫妇参加一场婚宴,他们被安排在一张10个座位的圆桌就餐,但是婚礼操办者并不知道他们彼此之间的关系,只是随机安排座位。问5对夫妇恰好都被安排在一起相邻而坐的概率是多少?( )

A. 在1‰到5‰之间 B. 在5‰到1%之间 C. 超过1% D. 不超过1‰

解:5对夫妇相邻而座,可以看做是五个大元素为桌而坐,所以有4!种坐法,而夫妇间又可以换位置,所以共有

4!?2?2?2?2?22??0.002. 故选:A.

9!945例11 博杰学习网竞赛小组“先进人物评比”最终圈定了n个人,需要确定最终的三个“先进人物”人选.方法是:这n个人排成一行,从第一名开始,1至3循环报数,凡报出3的就退出,余下的向前靠拢,按此规律重复进行.直到第p次报数后,只剩下3个人为止.试问:这剩下的三个人,分别在队伍最初的什么位置?

解:设n个人的编号依次为1,2,?,n.最后剩下的三个人中,第三人的编号为bn.

nn个人,还剩n?个人.bn向前移33b3b?rnn动了bn?bk(k?n?)个人,前面淘汰了n?bn?rn(rn?1,2)个人.故bn?k.

3321其中当bk为奇数时,rn?1;否则,rn?2,每报一次号,人数减少(除不尽时取整).

3因bn未被淘汰,故不是3的倍数.第一次报数后淘汰了

计算bn逐步归纳为减小的数列,最终划归到小情况.例如n?1000时,第三个人的初始位置是712.

例12 将圆分成n(n?2)个扇形,现用m(m?2)种颜色给这些扇形染色,每个扇形恰染一种颜色且要求相邻的扇形不同色.问有多少种不同的染色方法?

解:设染色方法数为an.

(1)求初始值.当n?2时,给S1染色有m种方法,给S2染色有m?1种方法. 所以a2?m(m?1);

(2)求递推关系. 给S1染色有m种方法,给S2染色有m?1种方法,给S3染色有m?1种方法,??,给Sn染色有m?1种方法.共有m(m?1)这种情况可以分为两类

一类是Sn与S1不同色,此时的染色方法种数是an;另一类是Sn与S1同色,Sn与S1可以合并为一个扇形,Sn?1与S1不同色,染色方法种数为an?1.由加法原理,得到

n?1种方法.

an?an?1?m(m?1)n?1(n?2).

(3)求an.构造等比数列.结论:共有an?(m?1)?(?1)(m?1)种染色方法.

nn